蒙脫土(MMT)是一種儲量巨大且廉價的天然礦物資源,具有獨特的片層結構,是增強聚合物材料性能的一種高性價比填料。
當MMT在聚合物基體中實現良好分散時,能夠明顯提高聚合物材料的力學性能、氣密性能、熱穩定性能和阻燃性能等。但因其表面的親水性,導致與聚合物相容性差,難以實現良好分散,因此,必須對其進行有機化改性。
目前,蒙脫石常用有機改性劑主要有以下幾種:
1、陽離子表面活性劑
陽離子表面活性劑是改性MMT最常用且使用最多的一類有機改性劑,其改性機理為:陽離子表面活性劑通過與MMT層間的陽離子進行離子交換,使得陽離子表面活性劑能夠順利進入MMT層間,使MMT由疏油性變成親油性,且增大了MMT的層間距,有利于聚合物鏈進一步的插層。
?。?)有機季銨鹽
有機季銨鹽是MMT有機改性中最常用的陽離子表面活性劑。由于有機季銨鹽本身體積較大,進入MMT層間后,可以有效增大層間距,使層間距增大,從而有利于進一步的插層反應。
烷基季銨鹽碳鏈長度和形狀對層間距和烷基鏈在層間排列方式均具有一定程度的影響。通常,在一定范圍內,隨著烷基分子鏈長度的增加,層間距增加。烷基季銨鹽分子的陽離基團優先與片層表面吸附,而烷基鏈尾部則向外輻射形成不同排列方式。所用烷基鏈的長度和濃度決定其排列方式,且排列方式具有多樣性,一般認為主要有三種:平行單層和平行雙層、假三層、傾斜結構。
(2)有機季鏻鹽
常用的有機季銨鹽存在熱穩定性差的缺點,但在制備OMMT/MMT納米復合材料時,通常需要升高溫度,如果加工溫度接近表面活性劑的分解溫度,則會發生分解,從而破壞填料與聚合物之間的界面。相比于季銨鹽,季鏻鹽改性的MMT表現出更加優異的熱穩定性。
?。?)有機咪唑鹽
與有機季鏻鹽一樣,有機咪唑鹽亦可以提高MMT的熱穩定性。
2、陰離子表面活性劑
陰離子表面活性劑可以與MMT發生離子偶極作用,使得分子可以覆載甚至插層至MMT層間,從而對MMT進行有效的有機改性。
3、非離子表面活性劑
非離子型表面活性劑對MMT具有較強的吸附作用,且化學和熱穩定性高,具有毒性低和潛在的生物降解性等優點,因此也受到MMT改性研究者的青睞。其吸附驅動力一般認為有兩種:(1)吸附過程是熵增過程;(2)MMT層間與層外的非離子型表面活性劑濃度存在差異。
4、兩性表面活性劑
兩性表面活性劑對改性MMT的結構和性能的影響研究較少,到目前為止,這種OMMT的插層機理仍沒有明確的定論。
5、偶聯劑
偶聯劑含有能與MMT表面羥基反應的官能團,因此偶聯劑能夠與MMT表面實現共價鍵的結合。
此外,偶聯劑至少還包含另外一個官能團,能夠實現與聚合物基體很好的界面結合,從而增強聚合物性能。
6、可聚合單體
可形成聚合物的單體通常用作對OMMT的進一步插層改性,將單體引入至OMMT層間,在層間引發單體進行原位聚合,制得聚合物納米復合材料,從而進一步提高復合材料的性能。
7、復配改性劑
復配改性劑通常指同時使用兩種或以上的有機改性劑對MMT進行改性,期望能夠提高MMT復合材料的的各項性能。
資料來源:《黃志博,石艷,吳曉輝.蒙脫土有機改性研究進展[J].高分子通報,2021(10):1-10》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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