论文摘要
天然蒙脱土是地球上蕴藏量丰富、分布广泛的一种重要的非金属矿物。近年来，由于其具有很高的机械性能和热性能，很低的吸水率和膨胀系数，作为一种新材料而被应用于聚合物基/蒙脱土纳米复合材料的制备研究中，因而引发学术与业界针对蒙脱土的组成、结构与性质的深入探讨与研究。（1）故本研究首先针对原始蒙脱土（MMT）进行钠化提纯，2-苯基咪唑和苯扎氯铵对其进行了有机化改性，增大其层间距，改变其亲水性为亲油性。并分别利用X光线衍射仪（XRD）、红外光谱（FT-IR）和热同步分析仪（TG-DTA）、阳离子交换当量（CEC）等检测设备，来鉴定MMT和有机化改性的OMMT的结构特征，并确定有机改性剂对蒙脱土改性的效果。结果表明，利用有机改性剂改性的原始蒙脱土，其层间距由1.38nm扩大到2.35nm，蒙脱土中层间发生了阳离子交换反应，最佳CEC为98.0mmol/100g。（2）将上述有机改性蒙脱土（OMMT）和MMT与甲基丙烯酸甲酯（MMA）以本体法制备PMMA/MMT（OMMT）纳米复合材料。利用FT-IR、XRD、透射扫面电镜（TEM）、热失重分析仪（TGA）和动态热机械分析仪（DMA）测试表明对PMMA/OMMT纳米复合材料的进行表征，结果显示，OMMT在PMMA基体中有很好的分散性和热性能。在XRD和TEM结果表明， PMMA/OMMT纳米复合材料在测试范围内没有蒙脱土对应的衍射峰出现，OMMT含量为2wt%、4wt%的复合材料中，呈现剥离型（exfoliation）结构现象；但在OMMT含量为6wt%、8wt%的复合材料中，则形成了插层型（intercalation）的复合材料。TGA和DMA结果表明，PMMA/OMMT纳米复合材料的热性能较之纯PMMA，其Td均无太大变化，而Tg都提高了。力学性能实验结果表明，OMMT加入量为4wt%时，PMMA/OMMT纳米复合材料的抗拉伸强度达到最大值63.8MPa，比纯PMMA材料增大了23.3MPa，提升了57.53%；OMMT加入量为2wt%时，其吸收能量值最大，耐冲击强度较好，为23.6KJ·m-2，提升了34.86%。（3）用偶联剂改性OMMT，得到偶联剂改性有机蒙脱土（Coupler-OMMT），其层间距达到了2.83nm，大大高于MMT。以原位插层聚合的方法制备了蒙脱土不同种类及含量的EP/MMT、EP/OMMT和EP/Coupler-OMMT纳米复合材料，通过XRD和TEM表征了不同复合材料的结构。结果表明，EP/MMT复合材料中，有明显的蒙脱土特征衍射峰，且和MMT的衍射峰相近，并且MMT在材料中有团聚的现象，说明其并没有与环氧树脂基体相容；EP/OMMT、EP/Coupler-OMMT纳米复合材料在测试范围内，均未出现明显的蒙脱土的特征衍射峰，结合TEM观察图可知制备的EP/OMMT形成了插层型结构复合材料，而Epoxy/Coupler-OMMT则形成了剥离型结构的复合材料。此外，由力学性能试验可以发现，环氧树脂中加入5wt%的Coupler-OMMT，拉伸强度和拉伸模量有最好的增强效果，分别提高至51.21MPa和0.94GPa，增加40.26%和46.15%；加入3%的Coupler-OMMT，可以将环氧树脂的抗冲击强度提高至25.31KJ m-2，增加34.56%。