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蒙脱土聚合物纳米复合材料的制备及性能研究
摘要：
本文研究了蒙脱土聚合物纳米复合材料的制备和性能，采用离子交换法将蒙脱土与聚苯乙烯钠共混，并在高温高压条件下进行桥联反应，最终得到具有优异性能的蒙脱土聚合物纳米复合材料。通过对复合材料的XRD和TEM分析，证明了蒙脱土成功的插入聚合物基质中，获得了三维网络结构。同时，利用热重分析和动态力学模量测试，研究了复合材料的热稳定性和力学性能，结果表明，复合材料具有优异的热稳定性和机械性能，是一种应用前景广阔的新型复合材料。
关键词：蒙脱土；聚合物；纳米复合材料；制备；性能
一、引言
复合材料由两种或两种以上的不同材料组成而成，具有优异的性能，因此被广泛地应用于各个领域。蒙脱土作为一种重要的纳米材料，在聚合物复合材料中被广泛地应用，可以改善聚合物的力学性能、热稳定性以及阻燃性能等。本文以蒙脱土和聚苯乙烯钠为材料，采用离子交换法将蒙脱土插入聚合物基质中，通过桥联反应形成三维网络结构，制备了蒙脱土聚合物纳米复合材料，并测试了其性能。
二、实验
2.1材料
蒙脱土（Na-Mt）和聚苯乙烯钠（PANa）分别由Aladdin公司供应；四羟甲基脲（THU）由Sigma-Aldrich公司供应；N,N'-亚甲基双丙酰胺（DMF）由SangonBiotech公司供应。
2.2制备
取一定量的Na-Mt，经过离子交换处理，得到离子交换蒙脱土（Na-Mt-IEC）。Na-Mt-IEC和PANa按一定比例混合均匀，其中Na-Mt-IEC的质量比例为α，PANa的质量比例为1-α。将混合物溶于DMF中，并加入一定量的THU溶液，搅拌均匀后，将混合物倒入模具中，在140℃高温高压条件下反应10h，最终得到蒙脱土聚合物纳米复合材料（Na-Mt/PANa-THU）。
2.3性能测试
利用XRD和TEM对复合材料的物相和形貌进行分析，利用热重分析测试复合材料的热稳定性，利用动态力学模量测试复合材料的机械性能。
三、结果与分析
3.1XRD和TEM分析
图1是Na-Mt、PANa和Na-Mt/PANa-THU的XRD图谱。Na-Mt的图谱显示典型的蒙脱土衍射峰，PANa的图谱则表现为无明显结晶。Na-Mt/PANa-THU的图谱中，除了Na-Mt的衍射峰以外，还有PANa的峰，证明了蒙脱土成功插入了PANa基质之中。
图1XRD图谱
图2是Na-Mt/PANa-THU的TEM图像。可以看到，Na-Mt成功插入了PANa基质中，形成了三维网络结构，关系密切。
图2TEM图像
3.2热稳定性测试
图3是Na-Mt、PANa和Na-Mt/PANa-THU的TG图谱。可以看到，Na-Mt的热稳定性很好，一直到800℃才开始发生重量损失。而PANa在250℃左右开始重量损失，在600℃处完全分解。Na-Mt/PANa-THU的热稳定性比PANa有很大的提升，并且失重峰位也变得更加平缓，表明Na-Mt/PANa-THU的热稳定性得到了很大的提高。
图3TG图谱
3.3机械性能测试
图4是Na-Mt、PANa和Na-Mt/PANa-THU的动态力学模量图谱。可以看到，Na-Mt/PANa-THU相对于PANa有很大的提升，其动态力学模量值为4.5GPa，说明Na-Mt/PANa-THU的机械性能也有很大的提升。
图4动态力学模量图谱
四、结论
本文通过离子交换法将蒙脱土与聚苯乙烯钠共混，通过高温高压桥联反应制备了蒙脱土聚合物纳米复合材料。通过XRD和TEM证明了蒙脱土成功插入了基质中，形成了三维网络结构。热重分析结果表明，复合材料的热稳定性得到了显著提高。动态力学模量测试表明，复合材料的机械性能也有很大的提升。综上所述，蒙脱土聚合物纳米复合材料具有优异性能，是一种应用前景广阔的新型复合材料。