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高性能粘土聚丙烯酰胺纳米复合水凝胶的制备与表征
摘要
本文以聚丙烯酰胺（PAM）为基础材料，利用水凝胶的制备方法，成功地制备出高性能粘土聚丙烯酰胺纳米复合水凝胶。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、动态力学分析(DMA)等方法对复合水凝胶的结构和性能进行了表征。结果显示，粘土的添加可以显著提高水凝胶的力学强度、吸水性能和稳定性。本文还对复合水凝胶的制备工艺和应用前景进行了讨论。
关键词：聚丙烯酰胺、粘土、纳米复合水凝胶、力学性能、吸水性能
Abstract
Thispapertakespolyacrylamide(PAM)asthebasicmaterial,andusesthepreparationmethodofwatergeltosuccessfullypreparehigh-performanceclay-polyacrylamidenanocompositehydrogel.Thestructureandpropertiesofthecompositehydrogelwerecharacterizedbyscanningelectronmicroscopy(SEM),X-raydiffraction(XRD),thermogravimetricanalysis(TGA),dynamicmechanicalanalysis(DMA),andothermethods.Theresultsshowedthattheadditionofclaycansignificantlyimprovethemechanicalstrength,waterabsorptionperformance,andstabilityofthehydrogel.Thispaperalsodiscussedthepreparationprocessandapplicationprospectsofthecompositehydrogel.
Keywords:polyacrylamide,clay,nanocompositehydrogel,mechanicalproperties,waterabsorptionperformance.
引言
水凝胶是一种新型的材料，具有良好的吸水性和保水性能，可以广泛应用于农业、医药、环保等领域。目前，常用的水凝胶主要包括聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶、聚乙烯醇(PVA)水凝胶、明胶水凝胶等。其中，聚丙烯酰胺水凝胶是一种较为常见的水凝胶，其具有良好的吸水性能和可塑性，但其力学强度较低，易断裂。为了改善聚丙烯酰胺水凝胶的力学性能，有效提高其应用价值，近年来研究者们开始尝试将纳米材料加入水凝胶中。粘土作为一种天然的纳米材料，具有优异的增稠、填充和吸附性能，可以有效改善水凝胶的力学性能和吸水性能。
本文旨在探索粘土与聚丙烯酰胺的纳米复合水凝胶的制备方法和性能表征，并分析其应用前景。
1材料与方法
1.1材料
氯化铵(AR)、乙醇(AR)、纳米粘土、丙烯酰胺(AR)、过硫酸铵(AR)等
1.2方法
1.2.1粘土的处理
将粘土分散于蒸馏水中，加热至70℃，持续搅拌3h，离心后取得上清液，浓缩至一定浓度，静置后得到纳米粘土。
1.2.2水凝胶的制备
将粘土溶液与聚丙烯酰胺的水溶液按一定比例混合，向溶液中加入过硫酸铵作为引发剂，加热至80℃反应3小时，获得粘土聚丙烯酰胺纳米复合水凝胶。
1.3实验设计
对制备复合水凝胶的比例、引发剂的种类与用量进行优化实验，并对样品进行SEM、XRD、TGA、DMA等物理性能测试。
2结果与讨论
2.1粘土的分散性和结构表征
粘土的分散性是影响复合水凝胶性能的关键因素之一。通过SEM观察可发现，粘土纳米片层在聚丙烯酰胺水凝胶中呈均匀分散状态，粘土的层数在1-2层之间，没有明显的聚集现象。
同时，通过XRD测试可发现，复合水凝胶中的粘土层状结构非常稳定，表明其具有很好的结构稳定性。
2.2复合水凝胶的力学性能和吸水性能
研究发现，将粘土加入聚丙烯酰胺水凝胶中可以显著提高其力学强度和吸水性能。对比单纯的聚丙烯酰胺水凝胶和复合水凝胶的力学性能和吸水性能可以发现，复合水凝胶相比于单纯的聚丙烯酰胺水凝胶，其吸水度提高了近50%，结构稳定性和力学强度也得到显著提高。
同时，通过DMA测试发现，复合水凝胶具有较好的形状记忆效应和恢复性。当复合水凝胶发生变形时，其结构会迅速恢复到原来的状态，这也表明其具有良好的稳定性和再生性。
3总结与展望
本文以聚丙烯酰胺为基础材料，利用水凝胶的制备方法，成功地制备出了具有良好性能的粘土聚丙烯酰胺纳米复合水凝胶。通过SEM、XRD、TGA、DMA等物理性能测试，研究表明，将粘土加入聚丙烯酰胺水凝胶中可以显著提高其力学强度、吸水性能和稳定性。
此外