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蒙脱土(MMT)因资源丰富、价格低廉而成为最具有工业化前景的无机纳米材料之一,目前已广泛用于橡胶、涂料、纺织、建材等各领域。本论文直接选用了200目的工业级钠基蒙脱土(Na+-MMT)为原料,分别以季铵盐N,N-二甲基,N-戊基甲基丙烯酰氧乙基溴化铵(DMAEA-PB)、N,N-二甲基,N-十二烷基甲基丙烯酰氧乙基溴化铵(DMAEA-DB)和十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)作为插层剂,通过阳离子交换反应,对蒙脱土进行了有机化改性。以DMAEA-DB为例,研究了蒙脱土的有机化改性的最佳条件,结果表明:当插层剂用量在25％左右,温度为70℃,反应时间为1h时,制备的有机蒙脱土层间距较大,由改性前的1.28nm增加到改性后的2.35nm。在该条件下,还制备了另外两种有机蒙脱土:DMAEA-PB-MMT、HTAB-MMT,改性后,蒙脱土层问距分别达到1.43nm和2.85nm。其中DMAEA-DB-MMT和HTAB-MMT有机化改性效果较好,可用于高吸水材料的制备。
分别以DMAEA-DB-MMT和HTAB-MMT两种有机蒙脱土为原料,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂,以过硫酸钾(KPS)为引发剂,将其与丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)共聚,通过反相悬浮聚合法合成出聚丙烯酸-丙烯酰胺/有机蒙脱土[P(AA-AM/DMAEA-DB-MMT)]和[P(AA-AM/HTAB-MMT)]两种高吸水性树脂。用X射线衍射实验(XRD)、傅立叶红外法(FTIR)和热重分析法(TGA)对复合材料进行了表征。结果表明,蒙脱土片层在聚合后发生剥离,以纳米级尺寸分散在聚合物基体中。
本文考察了有机蒙脱土用量、交联剂用量、引发剂用量、AA用量、AA中和度、分散剂用量等因素对吸水材料吸液率的影响,结果表明,在其他条件相同的情况下,当DB-MMI、HTAB-MMT用量分别为10％和6％时,两种树脂的吸水吸盐率较高,最大吸水率分别为100mL/g和875mL/g,吸0.9％的NaCl溶液倍率分别是87.5g/g和70g/g。
研究对比了两种高吸水性树脂的溶胀性能,结果表明,两种树脂的吸液率受外界电解质溶液的种类和浓度影响较大。树脂的吸液率随着外界电解质溶液离子强度的增大而减小。树脂对外部溶液pH较为敏感,在强酸性环境中吸液率较低,在弱酸性、中性和碱性环境中吸液率较高,其中当pH=7时,树脂的吸水倍率最高。在相同条件下,P(AA-AM/DMAEA-DB-MMT)比P(AA-AM/HTAB-MMT)的吸液率高,但吸水速率和保水率要略低。交联剂用量和引发剂用量都对树脂的溶胀性能有较大影响。