《刚性分子改性粘土制备NBR粘土复合材料的结构性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《刚性分子改性粘土制备NBR粘土复合材料的结构性能研究（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、太原工业学院毕业论文刚性分子改性粘土制备NBR/粘土复合材料的结构性能研究摘要：有机蒙脱土是用有机阳离子或有机化合物与蒙脱土层间的无机阳离子发生交换而生成的一种疏水亲油的蒙脱土。由于其既具有无机蒙脱土优良的膨胀性、吸附性和分散性，又具有疏水亲油性的巨大比表面，与有机物具有很好的亲和性和相容性，已被广泛应用于各种有机体系。本文以钠基蒙脱土为原料，分别以CPC和CTAB为表面改性剂，水和无水乙醇为溶剂制备了有机蒙脱土。通过X-射线衍射、红外光谱分析对不同表面改性剂的改性效果进行了表征，结果表明表面改性剂已进入了蒙脱土层间并且扩大了粘土层间距。进一步探讨了最佳的实验工艺条件。将所制备的有机粘土添加到
2、丁腈橡胶（NBR）中，制备NBR/粘土纳米复合材料。通过对纳米复合材料进行微观结构表征和力学性能测试，分析研究了不同有机蒙脱土的改性效果。结果表明，CPC改性粘土，层间距从1.25 nm增加到4.75 nm，改性效果较好；CTAB改性粘土，层间距从1.25 nm增加到4.37 nm，改性效果略差于CPC。关键词：刚性分子，有机蒙脱土，纳米复合材料 - 2 -The preparation of modified clay of rigid molecular and the research of structure and properties of NBR/ Clay nanocompos
3、itesAbstract：Organophilic montmorillonite (OMMT) is a kind of hydrophobic montmorillonite (MMT) which prepared by exchanging inorganic cations in the layer of MMT with organic cations or compounds. It combines inorganic montmorillonites excellent dilatability,adsorption and dispersion with huge hydr
4、ophobic lipophilicity specific surface,so it has very good affinity for organic substance,and has been widely used in all kinds of organic systems.In this paper,the Na-MMT was respectively modified using cetyl pyridinium chlorinated(CPC)、cetyltrimethyl ammonium bromide(CTAB) .The effect of modificat
5、ion of different surface modifiers was tested by the X-Ray Diffraction and spectroscopic analysis,showing that the organic surface modifier had intercalated into the layers of MMT and expanded the clay layer spacings . In addition to this, the best processing conditions were analyzed and determined.
6、The Clay/NBR nanocomposites were prepared by blending OMMT with NBR. The effect of modification of different OMMT was analysised of by characterizing the microstructure of the prepared nanocomposites and testing mechanical properties. The results show that the CPC modified clay, The CPC modified cla
7、y, the interlayer spacing increased from 1.25 nm to 4.75 nm, the modification effect is general; CTAB modified clay , the interlayer spacing increased from 1.25 nm to 4.37 nm , and the modification effect is slightlybader than the CPC .Key words：Rigid molecular,OMMT,Nanocomposite 目录1 前言11.1 蒙脱土的结构及基
8、本性质11.1.1 蒙脱土的资源分布状况11.1.2 蒙脱土的结构特点11.1.3 蒙脱土的基本性质21.2 有机蒙脱土31.2.1 有机蒙脱土的种类31.2.2 有机蒙脱土的制备原理41.2.3 有机蒙脱土的制备方法61.2.4 工艺条件选择（时间、温度、pH等）81.2.5 有机蒙脱土的表征81.3 橡胶/粘土纳米复合材料91.3.1 橡胶/粘土纳米复合材料的种类91.3.2 有机蒙脱土的制备方法101.3.3 橡胶/粘土纳米复合材料的结构131.3.4 橡胶/粘土纳米复合材料的性能131.3.5 研究展望151.4本课题的研究意义和目的162 实验部分172.1 实验原料172.2 实验
9、仪器172.3 有机蒙脱土的制备182.3.1 有机蒙脱土（钠基）的制备182.4 NBR/粘土纳米复合材料的制备192.5.1 有机蒙脱土的微观结构表征202.5.2 NBR/粘土纳米复合材料的微观结构表征及性能测试213 结果与讨论223.1 NBR/粘土纳米复合材料的力学性能测试223.1.1不同水浴温度和搅拌时间对NBR/粘土纳米复合材料的力学性能测试223.1.2 不同溶剂对NBR/粘土纳米复合材料的力学性能测试233.1.3 用水做溶剂，改变无机土和改性剂的配比制的有机粘土对NBR/粘土纳米复合材料的力学性能测试233.2 有机蒙脱土的微观结构253.2.1 有机蒙脱土的红外光谱分
10、析（IR）253.2.2 有机蒙脱土的X-射线衍射分析（XRD）273.3 NBR/粘土纳米复合材料的微观结构表征303.3.1 不同比例无机土和CTAB改性的NBR/粘土纳米复合材料的X-射线衍射分析303.3.2 不同比例无机土和CPC改性的NBR/粘土纳米复合材料的X-射线衍射分析313.4 热失重仪对有机粘土的热失重表征分析33参考文献36致谢 38I1 前言1.1 蒙脱土的结构及基本性质1.1.1 蒙脱土的资源分布状况蒙脱石又称蒙脱土1（MMT），是一种含水的层状铝硅酸盐勃土矿物。在国内外的资源十分丰富，分布甚广。统计资料表明，世界蒙脱石总储量约27亿吨，其中美国、俄罗斯和中国的储量
11、占世界储量的四分之三，其次是意大利、希腊、澳大利亚和德国。其中钙基蒙脱石约占70%80%，钠基蒙脱土储量不足5亿吨。蒙脱石资源虽然十分丰富，但用量最大的优质钠基蒙脱石却十分短缺。我国蒙脱石资源丰富，已探明的储量现居世界第一位，其中90%为钙基蒙脱石。蒙脱石矿产在国内26个省都有分布，大型矿床有20多个。大多数矿床集中在东北三省及新疆、甘肃、广西等省。1.1.2 蒙脱土的结构特点蒙脱土的结构如图1.1所示。图1.1 蒙脱土晶体结构示意图Figure1.1 The structure diagram of MMT crystal 蒙脱土是主要矿物成分为2:1型的层状硅酸盐粘土矿物，其化学通式为 （
12、Na，Ca）0.33（Al，Mg）2Si4O10（OH）2nH2O，理论化学组分SiO2 66.72%，A12O3 28.5%，H2O 5%。蒙脱土的化学成分由于其复杂性还不能有统一的表述，但其晶体结构则已被普遍接受。蒙脱石的基本结构单元是由两片硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成的2:1型结构，片层之间靠共用氧原子连接，每个结构单元层的厚度约为1 nm，层间有水分子和可交换的阳离子。1.1.3 蒙脱土的基本性质（1）晶格置换晶格内的异价类质同象置换是蒙脱土最基本、最重要的构造特性。蒙脱土的硅氧四面体和铝氧八面体中的硅、铝离子被其它不等价阳离子（Fe3+、Fe2+、Zn2+、Mn2+、Li+等）
13、所置换，其结果是：不同的置换离子、置换位置、置换量构成了一系列亚族矿物及化学成分的复杂形式；形成层间负电荷。当发生晶格置换时，其化学键就发生了变化。几种阳离子和氧之间的电负性大致是:Si4+-O为1.7，Al3+-O为2，Fe3+-O为1.6，Fe2+-O为1.7，Mg2+-O为2.3。晶格产生了电荷差，使晶片内和晶层的化学键更偏于离子键，使晶层具有吸附阳离子的能力。根据层间离子的不同，天然蒙脱土可分为钠基、钙基、镁基、铝（氢）基及钾基蒙脱土，其中，比较常见的为钠基和钙基蒙脱土，这两种蒙脱土的理化性能有较大差异。钠质蒙脱土的交换性阳离子为Na+，电荷密度小，水化能低，底面间距为1.25 nm，
14、碱度高，pH值一般在8.510.6。钙质膨润土的交换性阳离子为Ca2+，底面间距为1.55 nm，pH值一般在6.48.5。（2）电负性蒙脱土的电负性主要来自三方面：A晶格置换连同内部的补偿置换（晶片中的电荷不平衡可由这晶片所在的晶胞的另一晶片抵销一部分）形成晶格静电荷B破键产生的电负性C八面体片离解形成的电负性（3）离子交换性能蒙脱土晶层所吸附的离子是可交换的，它们能与溶液中的离子进行等物质的量交换，如：Na基蒙脱土+NH4+=NH4蒙脱土+Na+离子交换是同电性离子之间的等电量的交换作用，属化学计量反应，符合质量守恒定律，交换和吸附是可逆的。蒙脱土的离子交换主要是阳离子交换。（4）蒙脱土水
15、体系特性蒙脱土矿物包含三种水，即表面的液态自然水，层间悬浮水（包括存在于晶层底面取向排列的偶极水和层间阳离子周围的水化膜两种）和晶格水。蒙脱土受热失水的状况是稍高于室温自由水即可全部脱去；100-200脱去吸附水；到300时脱净并开始逸出晶格水。其中有两个特性需要介绍：A 膨胀性蒙脱土吸水（或有机物质）膨胀，晶层底面间层加大。Ca蒙脱土在水介质中的最终吸水率和膨胀倍数大大低于Na蒙脱土。B 悬浮性蒙脱土在水介质中能分散呈胶体状态。蒙脱土胶体分散系的物理化学性质首先取决于分散相颗粒大小和形态。蒙脱土在分散液中可能呈单一晶胞，也可以是许多晶胞的附聚体。由于蒙脱土晶体表面电荷的多样性和颗粒的不规则性，造成不同的附聚形式，有晶层面平行叠置的面-面（叫凝聚），有晶层面和晶体端面附聚的面-端型，还有晶体端面和端面附聚的端-端型（叫絮凝），以及以上两类附聚形式的聚集体。在分散液中添加大量金属阳离子，尤其是多价金属离子的情况下，会使蒙脱土晶层面的电动电位显著下降，产生面
