離子交換反應蒙脫土

❶ 蒙土是什麼東西

土納米復合材料。
納米塑料中用作納米無機相材料的蒙脫土（MMT），是我國豐產的一類天然粘土礦物，是一種層狀硅酸鹽。其結構片層是納米尺度的，包含有三個亞層，在兩個硅氧四面體亞層中間加含一個鋁氧八面體亞層，亞層之間通過共用氧原子以共價鍵連接，結合極為牢固。整個結構片層厚約1NM，長寬約100NM，由於鋁氧八面體亞層中的部分鋁原子被低價原子取代，片層帶有負電荷，過剩的負電荷靠游離於層間的NA＋、CA2＋和MG2＋等陽離子平衡，因此容易與烷基季胺鹽或其他有機陽離子進行離子交換反應生成有機化蒙脫土，有機化蒙脫土成親油性，並且層間的距離增大，因此有機蒙脫土能進一步與單體或聚合物熔體反應，在單體聚合或聚合物熔體混合的過程中剝離為納米尺度的結構片層，均勻分散到聚合物基體中，從而形成納米塑料。這種插層復合技術是基於在傳統工藝基礎上的技術革新，不需要新的高昂設備投資，工藝簡單，操作方便，環境友好，特別適合於聚合物改性，容易實現工業化生產。

蒙脫土(無機高分子類增稠劑)簡介

蒙脫土----最有商業用途的無機高分子類增稠劑
無機高分子類增稠劑一般具有三層的層狀結構或-個擴張的格子結構，最有商業用途的兩類是蒙脫土和水輝石。其增稠機理是無機高分子在水中分散時，其中的金屬離子從晶片往外擴散，隨著水合作用的進行，它發生溶脹，到最後片晶完全分離，其結果形成陰離子層狀結構片晶和金屬離子的透明膠體懸浮液。在這種情況下，片晶帶有表面負電荷，它的邊角由於出現晶格斷裂面而帶有少量的正電荷。在稀溶液中，其表面的負電荷比邊角的正電荷大，粒子之間發生相互排斥，故不會產生增稠作用。隨著電解質的加入和濃度增加，溶液中離子濃度的增加，片晶表面電荷減少。這時，主要的相互作用由片晶間的排斥力轉變為片晶表面的負電荷與邊角正電荷之間的吸引力，平行的片晶相互垂直地交聯在一起形成所謂「紙盒式間格」的結構，引起溶脹產生膠凝從而達到增稠的效果。離子濃度進一步加大又會破壞結構發生絮凝導致降低稠度。這類增稠劑主要用於牙膏、香波、護發素、膏霜、乳液和止汗劑等的增稠。稠度一般隨著濃度的增加而迅速增大隨後趨於平緩，流變形態為觸變性。除具增稠性能外，在體系中還有穩定乳液、懸浮作用。其改性物主要是季銨鹽化，改性後具有親油性，可用於含油量多的體系。

環氧樹脂-納米有機蒙脫土納米復合材料機械物理性能

❷ 求論文開題報告

開題報告填寫事項
一、填寫必須實事求是，字跡要端正、清楚。
二、本報告的第一至第六部分由研究生本人填寫（字數不少於2000字）。其餘部分由指導教師、開題報告評議小組、教研室（研究室）主任、院長、研究生處填寫。
三、碩士研究生開題報告日期規定為進校後第三學期完成。
四、開題報告評議小組由學院統一集中組織，對開題報告通不過者要在1至2個月內補做，重新審核合格後，才允許正式進入課題，否則取消進入論文階段資格。
五、此表留存研究生處學位辦一份。
本課題所涉及的內容（包括實驗數據、計算機程序、導師未公開發表的研究成果及心得等），除在畢業論文中所發表的以外，本人保證：未經導師正式同意，五年內不以任何形式向第三方公開。

研究生（簽字）
導 師（簽字）
年 月 日
一、課題的來源及意義
本課題主要來源於導師的研究課題。
現代科學技術發展使得復合化成為材料發展的必然規律。近年來，納米復合材料的研究發展迅速，無論是從學術研究角度考慮，還是從工業生產實際出發，人們都已開展了大量的實驗研究工作。所謂納米復合材料（Nanocomposites）是80年代初由Roy等人提出的，是指復合材料中分散相尺度至少有一維小於100nm的復合材料。由於納米粒子具有小尺寸效應、大的比表面產生的界面效應、量子效應等特殊性能，故能賦予納米復合材料許多特殊的性能，為設計和制備高性能、多功能新材料提供了新的機遇。納米復合材料被譽為「21世紀最有前途的材料」，成為材料科學研究的熱點之一。
聚合物/層狀硅酸鹽（Polymer/Layered Silicate，PLS）納米復合材料是納米復合材料領域重要研究方向之一。PLS納米復合材料既具有高分子材料的質輕、耐腐蝕、絕緣性好、易加工等特點，又具有無機材料的高強度、高模量、高耐熱性等優點，有著廣闊的發展前景。PLS納米復合材料除具有一般納米復合材料的性能外，還因其特有的納米尺度上的片層結構使得復合材料的耐熱性、尺寸穩定性、氣體阻隔性及阻燃性等得到明顯提高。PLS納米復合材料的研製與開發為提高傳統聚合物材料性能、拓寬聚合材料的應用范圍起到了極大的促進作用。
根據復合物的微觀結構，可以把復合物分成四類：相容性差的粒子填充復合物；普通的微粒填充復合物；插層型納米復合材料；剝離型納米復合材料。只有第三、第四類復合物實現了納米尺度上的插層復合，且第四類復合物即剝離型納米復合材料由於無機物在聚合物基體中實現了充分均勻的分散，其納米尺度效應顯著、界面結合強度更高。此類復合材料具有優異的力學性能和耐熱性，並且材料的阻隔性均有所提高，是當前研究的主方向。
PLS納米復合材料以其優良的性能越來越受到廣泛地重視。目前，PLS納米復合材料已從基礎研究階段向工業化生產階段發展，日本的豐田公司（TOYOTA）、宇部公司（Unitsika）、美國的南方粘土（Southernay）等已經研製開發出PLS納米復合材料的商業化產品。
本課題利用省內層狀硅酸鹽礦物（膨潤土）和高分子原料，對聚合物原料進行改性，對膨潤土原料進行深加工處理。研究聚合物、層狀硅酸鹽二者之間的復合機理、結晶過程、界面特徵以及結構性能之間的關系，研究加工制備工藝過程對PLS納米復合材料性能的影響以及最佳制備工藝參數的確定。用合理的加工技術方法，制備出性能優良的剝離型納米復合材料。這既是本課題的特色和創新之處也是納米復合材料的研究發展趨勢所在。

二、簡述該領域目前的國內外研究水平和發展趨勢

聚合物/層狀硅酸鹽納米復合材料是當今眾多無機納米粒子改性復合材料中最有潛力的一類納米復合材料，也是目前研究最多、最有希望工業化生產的聚合物納米復合材料。自從1987年日本豐田公司的研究開發中心首次報道用插層聚合的方法制備了尼龍6/粘土納米復合材料以來，由於聚合物/粘土納米復合材料實現了納米相分散、強界面作用和自組裝並具有較常規聚合物/無機填料復合材料無法比擬的優點（如優異的力學、熱學性能和氣體阻隔性能等），因此倍受關注。
據報導，預計今後PLS納米復合材料的產值每年會增長約100%。到2009年，產值會達到15億歐元/年，產量會達到50萬噸/年。PLS納米復合材料將會遍及人們生活的各個方面，飛機、汽車、包裝、電子電器、建材、傢俱等產業將廣泛受益於這種新型材料。
1、 國外PLS納米復合材料研究現狀
自從20世紀80年代末期，Okada等人報道了PA6/層狀硅酸鹽納米復合材料以來，迄今這一領域已得到長足的發展，成為目前聚合物材料的一個新熱點。到目前為止，日本豐田研究中心、美國康耐爾大學、密歇根大學以及中國科學院化學研究所國內外眾多研究單位都在這一領域進行深入的科學研究。
1987年，豐田中心研究和發展公司的Fukushima和Inagaki仔細地研究了聚合物/層狀硅酸鹽復合材料後，用季銨鹽取代粘土片層間的無機離子，成功地改善了粘土與聚合物基體的相容性，研製出PLS型尼龍6/硅酸鹽納米復合材料，材料的熱變形溫度較純尼龍6有大幅度提高，同時力學性能與阻隔性能均有不同程度的提高。豐田中心研究和發展公司的Usuki、Fukushima用已內醯胺的原位聚合法制備了剝離型的尼龍6/蒙脫土納米復合材料（季銨鹽改性的蒙脫土事先被均勻地分散於已內醯胺中），並制備出聚醯亞胺/蒙脫土納米復合材料，發現只需添加2%（質量分數）的粘土，材料的氣體阻隔性及線脹系數顯著降低，適合PI在微電子領域的應用，這極大地引起了材料科學家的關注。
美國Comell大學的R A Vaia和E P Giannelis等對聚合物熔體插層進行了熱力學分析，認為該過程是焓驅動的，因而必須加強聚合物與粘土間的相互作用以補償整個體系熵值的減少。在此理論的指導下，他們通過聚合物熔體插層制備出PS/粘土，聚氧乙烯/粘土納米復合材料，並對層間聚合物的受限運動行為進行了研究。Usuki等人深入研究了有機插層劑對插層復合的影響，並制備出一系列PLS納米復合材料，並首先報道了「兩步法」制備聚醯胺6/蒙脫土納米復合材料，即先用12~18烷基氨基酸作插層劑對鈉基蒙脫土進行陽離子交換處理，然後將陽離子交換後的蒙脫土與ε-己內醯胺復合，在常規條件下聚合，得到聚醯胺6/粘土納米復合材料。西歐一些國家也先後制定了發展納米復合材料研究的計劃。一些國外的大公司特別是生產聚合物的廠家紛紛加入聚合物納米材料的開發應用。
目前，豐田汽車公司已成功地將Nylon 6/clay納米復合材料應用於汽車上。由於層狀硅酸鹽是納米尺度分散於聚合物基體中，可以成膜、吹瓶和紡絲。在成膜和吹瓶過程中，硅酸鹽片層平面取向形成阻擋層，因此可用於高性能包裝和保鮮膜。
2、國內PLS納米復合材料研究現狀
我國的PLS納米復合材料研究開始於90年代，現已取得了許多成果，並已列入國家「863規劃」和「九五計劃」的重點研究開發課題。中科院化學所對聚合物基粘土納米復合材料的研究，發明了「一步法」制備Nylon 6/粘土納米復合材料（nc-PA6），即將蒙脫土陽離子交換、己內醯胺單體插層以及單體聚合在同一個分散體系中完成，在不降低產品性能的前提下縮短了工藝流程，降低了成本。黃銳等利用剛性粒子對聚合物改性的研究在學術界極有影響；另外，四川大學高分子科學與工程國家重點實驗室發明的磨盤法、超聲波法制備聚合物基納米復合材料也是一種很有前景的制備手段。
中科院化學所工程塑料國家重點實驗室取得的成就有：單體插層縮聚制備了尼龍6/粘土納米復合材料，可大幅度提高其熱變形溫度，擴大了材料的應用范圍，並對插層劑的碳鏈長度與有機蒙脫土的層間距的關系進行了研究，在此基礎上開發了PET/粘土、PBT/粘土納米復合材料，提高了材料的熱性能和阻隔性，其中PET/粘土納米復合材料的結晶速度較PET提高了約5倍。此外還通過聚合物溶液插層及熔體插層分別制備出硅橡膠/蒙脫土及PS/粘土納米復合材料，其中硅橡膠/蒙脫土納米復合材料具有良好的耐磨性，各項物理、力學性能指標得到很大提高，可代替氣相白炭黑填充硅橡膠，具有實用前景。相信在不久的將來，PLS納米復合材料將會廣泛應用於高分子材料及其它領域。
3、存在的問題及研究發展趨勢
PLS納米復合材料的不斷涌現以及大量研究結果的報道，讓我們看到了這類復合材料具有的優異特性，使得層狀無機物插層改性聚合物制備高性能納米復合材料成為國際上最新技術熱點之一，但也存在以下幾個問題。
① PLS納米復合材料的研究盡管十分熱門，但由於其插層復合機理復雜、結構與界面特徵復雜，微區尺寸小，再加上量子效應、表面效應等，對它的研究還不夠深入，特別是運用熱力學、動力學和結晶學知識研究不夠。對其結構、形態特徵與材料性能的關系研究較少，合成方法大多基於合成宏觀材料上的改進，存在著一定局限性；
② 剝離型PLS納米復合材料比其它類型的復合材料具有更優異的性能，但對原材料加工處理、制備方法要求嚴格，對其制備工藝及過程研究不夠；
③ 高聚物與納米材料的混合、分散缺乏專業設備，用傳統的設備往往使納米粒子得不到良好的分散，要研究出新的混合分散技術方法及設備。

三、課題所要研究的內容及實施方案

(主要研究內容及預期成果，擬採用的研究方法、技術路線、實驗方案的可行性分析。)
1、研究內容
（1）了解相應聚合物的物理化學性質，合成方法，用途及研究現狀；了解PLS納米復合材料所具備的優良性能，熟悉國內外PLS納米復合材料的應用現狀、研究進展、存在的問題及解決的措施；
（2）研究層狀硅酸鹽（膨潤土）礦物學特徵和納米結構特徵（層間距、層面特徵和邊緣特徵），熟悉測試表徵方法；並掌握對測試結果分析的技術方法；
（3）深入研究膨潤土提純、鈉化、有機化的各種方法、反應機理；了解鈉基土及有機土的應用價值和研究現狀；制定合理的實驗方案，對膨潤土進行提純，通過實驗選擇合適的反應條件和合適的鈉化劑和表面修飾劑進行鈉化、有機化，制備出親油或親水親油的納米膨潤土；
（4）了解剝離型PLS納米復合材料制備方法及性能特點，從動力學、熱力學、結晶學、流變學等方面探討納米材料復合過程和機理；
（5）選擇聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚氨酯（PU）兩種聚合物，對其進行改性（接枝方法和離子化方法）制定合理的加工制備方案、確定最佳實驗流程及實驗參數，制備出剝離型PLS納米復合材料；
（6）從制備方法、表面改性劑的選擇、加入第三組分等方面研究有機膨潤土在聚合物中的分散形態；並探討多相體系中物相界面結構特徵，制備出剝離型納米復合材料。
（7） 研究PLS納米復合材料結構和性能之間的關系。進行產品結構分析、力學性能和阻燃性能對比測試分析。
2、預期成果
（1）制備出優良的有機膨潤土，制備出改性性能良好的聚合物；
（2）制備出剝離型PLS納米復合材料；
（3）預期在核心期刊發表2篇論文或申報1項發明專利；
（4）完成畢業論文的編寫，順利通過答辯。
3、研究方法及技術路線
（1）實驗研究流程圖

（2）實驗研究過程（方案）
① 層狀硅酸鹽的選擇及改性處理
目前為止，能夠在PLS納米復合材料中得到應用的有膨潤土、高嶺土、海泡石等少數幾種屬於層狀硅酸鹽的礦物質。這其中最根本的原因是絕大多數的層狀無機礦物質無法利用插層處理的方式擴張其片層之間的重復間距。因此，雖然他們具有層狀的結構，各相鄰的片層之間也具有一定的空間，但卻不足以容納旋轉半徑為上百埃的聚合物分子鏈插入到各片層之間，形成所謂的插層復合材料；而僅僅允許離子、小分子等小的介質進入其中。對於膨潤土、高嶺土等粘土礦物， 由於他們具有較大的初始間距以及可交換的層間陽離子，使得我們可以利用離子交換的方式將他們的層間距擴大到允許聚合物分子鏈插入的程度，從而可以利用它們制備出性能優異的插層納米復合材料。
本課題利用省內礦產資源優勢膨潤土，其主要成分為蒙脫石。蒙脫石的基本結構單元是有一片鋁氧八面體夾在兩片硅氧四面體之間靠共用氧原子而形成的層狀結構，屬於2：1型層狀硅酸鹽。每個結構單元的尺度為1nm厚、長寬均為100nm的片層，層間有可交換性陽離子，如Na+、Ca2+、Mg2+等金屬離子，因此容易與烷基季銨鹽或其他有機陽離子進行交換反應生成有機膨潤土。由於膨潤土本身的親油性較差，聚合物的單體或分子鏈又多為親油性物質。因此，膨潤土使用前必須經過有機化改性處理。
膨潤土改性處理方案。
A、膨潤土的提純
實驗方案：將膨潤土與水（固液比為1：10）配成懸浮液，再經高速旋轉的離心機沉降分離，並且加入適量的分散劑（六偏磷酸鈉），進一步分離粒度較細的碎屑礦物（長石、碳酸鹽等），得到粒度小於5µm的膨潤土漿料或懸浮液，再將該懸浮液抽濾、洗滌、乾燥、打散解聚，即可得到高純度的膨潤土產品。測其吸藍量，CEC，膨脹倍，膠質價等性能指標。
B、鈣基膨潤土的鈉化
鈉化原理：當膨潤土-水系統中存在兩種離子時，就存在一個動態的吸附-解吸平衡，即離子吸附與交換過程。如當膨潤土-水系統中同時含有Ca2+、Na+時就會發生如下離子交換平衡：
Ca-膨潤土+2Na+ 2Na-膨潤土+Ca2+
鈉化劑的選擇、用量、鈉化溫度及鈉化時間對鈉化效果都有一定的影響，通過實驗，確定最佳反應條件。
C、膨潤土的有機化
在制備PLS納米復合材料時，常採用有機陽離子（插層劑）進行離子交換而使層間距增大，並改善層間微環境，使粘土內外表面由親水轉變為疏水，降低硅酸鹽表面能，以利於單體或聚合物插入粘土層間形成PLS納米復合材料。因此插層劑的選擇是制備PLS納米復合材料的關鍵步驟之一。它必須符合以下幾個條件：（1）容易進入層狀硅酸鹽晶片（001面）間的納米空間，並能顯著增大粘土晶片間層間距；（2）插層劑分子應與聚合物單體或高分子鏈具有較強的物理或化學作用；（3）價廉易得，最好是現有的工業品。
在不同用量、酸鹼性、反應溫度等條件下，選擇陽離子（十六烷基三甲基溴化銨）、陰離子（十二烷基硫酸鈉）及陰陽雙離子為插層劑，制備有機土，通過測試確定最佳反應條件。
② 聚合物改性
③ PLS納米復合材料的制備
A、復合材料的類型
從微觀結構上看，復合材料可分為四類，如下圖。在第一類復合物中（a），蒙脫土顆粒分散在聚合物基體中，但聚合物與蒙脫土的接觸僅限於蒙脫土的顆粒表面，聚合物沒有進入蒙脫土顆粒中。第二類復合物（b）中，聚合物進入蒙脫土顆粒，但沒有插層進入硅酸鹽片層中。在插層型復合物（c）中，聚合物不僅進入蒙脫土顆粒，而且插層進入硅酸鹽片層間，使蒙脫土的片層間距明顯擴大，但還保留原來的方向，片層仍然具有一定的有序性。在剝離型復合物（d）中，蒙脫土的硅酸鹽片層完全聚合物打亂，無規則地分散在聚合物基體中，此時蒙脫土片層與聚合物實現了納米尺度上的均勻混合。四類復合材料中只有後兩種才算是納米復合材料，而且第四類剝離型復合材料比第三類插層型復合材料具有更理想的性能，是眾多材料科學家追求的目標，也是本課題研究的重點。

B、制備方法
插層復合法（Intercalation Compounding）是制備PLS納米復合材料的方法。按照復合的過程，插層復合法可分為兩大類。（1）插層聚合法（Intercalation Polymerization），即先將聚合物單體分散、插層進入層狀硅酸鹽片層中，然後原位聚合，利用聚合時放出的大量熱量，克服硅酸鹽片層間的庫侖力，使其剝離（exfoliate），從而使硅酸鹽片層與聚合物基體以納米尺度相復合；（2）聚合物插層（Polymer Intercalation），即將聚合物熔體或溶液與層狀硅酸鹽混合，利用力化學或熱力學作用使層狀硅酸鹽剝離成納米尺度的片層並均勻分散在聚合物基體中。
從制備方法來看，PLS納米復合材料的制備可分為單體插層原位聚合與大分子直接插層；從實施途徑來說有溶液法和熔體法。它們互相組合成四種具體制備過程：大分子熔體直接插層；大分子溶液直接插層；單體熔體插層原位本體聚合；以及單體溶液插層原位溶液聚合。制備PLS納米復合材料流程圖如下：

C、有機土加入量的選取
有機土加入量的多少直接影響著製品的質量和性能，有機土的加入量過高時，體系的粘度增大，很難脫泡及澆注；有機土加入量過低時，有機土在體系中的分散不好，起不到增強和增韌的效果。對於有機土加入量的多少，在研究領域內眾口不一。我們採用不同含量（2-5%）的有機土進行插層復合，尋找最佳加入量。
D、實驗方案
以PBT、PU聚合物為例，選用合適的插層方法，在不同的配料比下插層復合，測其力學性能、阻燃性能、熱穩定性能等，從熱力學、動力學等方面研究復合機理及影響復合過程的因素，得到性能優良的剝離型PLS納米復合材料。
（3）PLS納米復合材料主要性能測試與表徵
① 甲醛容量法測膨潤土陽離子交換容量（CEC），測吸藍量計算膨潤土中蒙脫土的含量，帶塞量筒測其膨脹倍、膠質價；
② 掃描電鏡（SEM）測聚合物及PLS納米復合材料的微觀形貌；
③ 傅立葉轉換紅外光譜(FTIR)分析，根據譜圖的吸收峰判斷有機化改性效果及插層效果；
④ X射線衍射分析儀（XRD）測試膨潤土的層間距和復合材料的剝離程度；根據譜圖用Jade軟體確定蒙脫土的化學成分及含量；
⑤ 差熱-熱失重分析儀（TG-DTA）測定膨潤土的轉化溫度及復合材料的熱穩定性；
⑥ 電子萬能實驗機測拉伸強度和斷裂伸長率，判斷聚合物及PLS納米復合材料的力學性能。
4、實驗研究方案的可行性分析
（1）實驗室有一系列的實驗儀器：如真空泵、磁力攪拌器、恆溫水浴鍋、高溫爐、乾燥箱、開練機、雙螺桿機和造粒機等；學校測試中心有掃描電鏡、X-射線衍射儀、傅立葉轉換紅外光譜儀、差熱-熱失重分析儀、原子力顯微鏡等測試用儀器；
（2）導師長期從事這一領域的研究工作，有扎實的理論基礎和豐富的實踐經驗，有師生組成的研究團隊；
（3）學校圖書館可以查到大量的中外文文獻資料和學術專著，可供參考；
（4）與企業合作，有豐富的實踐基地和廣闊的應用前景；
（5）已做了一些實驗前期工作，製得的復合材料力學性能顯著提高，且熱穩定性很好；
（6）實驗方案敘述合理，技術路線可行，理論基礎清楚明了，實驗研究條件基本具備，加上前期研究工作的進展，故本實驗研究方案是可行的。

四、課題研究的創新之處

(研究內容、擬採用的研究方法、技術路線等方面有哪些創新之處。)
（1）PLS納米復合材料作為一個嶄新的研究領域，對其研究尤其剝離型復合材料的研究可以說仍處於初級階段，理論上不夠成熟，制備技術不夠完善，對材料的復合機理，材料的結構及結構與性能間的關系等方面還有待於進一步探索。本課題從熱力學、動力學等方面研究聚合物與層狀硅酸鹽（膨潤土）復合的界面特徵、內部結合機理，並探討復合過程、材料結構對其力學性能、阻隔性能、流變性能、結晶性能等的影響。
（2）剝離型PLS納米復合材料的發展水平仍處在實驗研究或專利階段，工業化項目極少，在高性能工程塑料、高性能樹脂基體中的研究報道還較少。本課題從表面改性劑的選擇、加入第三組分、高性能納米膨潤土的制備、聚合物的改性、合理制備方法的選擇等方面進行系統實驗研究，制備出性能優異的剝離型納米復合材料。

五、工作量及工作進度安排(包括文獻查閱、方案設計與實現、計算與實驗、論文書寫等)
起止日期 課題階段工作進程
2007.2~2007.9

2007.10~2007.12
2008.1~2008.2

2008.3~2008.4

2008.5~2008.6

2008.7~2008.8

2008.9~2008.10

2008.11~2008.12

2009.1~2009.3

查閱文獻資料、學術專著、參考書等，同時做了大量實驗前期工作及一定的實驗研究工作；
寫開題報告並進行答辯，准備實驗所需試劑和儀器；
研究鈉基土、有機土的結構及結構與性能的關系，設計實驗方案；通過實驗和性能表徵確定鈉化、有機化過程最佳反應條件；在最佳反應條件下制備大量有機土，用XRD、FTIR、TG-DTA等表徵，做好實驗記錄；
以PBT、PU聚合物為例，了解其物理化學性能、合成機理、合成方法及應用現狀；選擇合適的反應裝置、合成方法，用單體合成所需要的聚合物；
查閱大量當前最新的中外文文獻，了解納米復合材料的研究現狀及先進的制備方法；選擇不同的有機土加入量（2-5%），用聚合物熔融插層法，聚合物熔液插層法，單體插入原位聚合法等不同的方法，控制反應條件，制備PLS納米復合材料；
對製品進行力學性能、熱學性能、阻隔性能等方面的測試，確定有機土的最佳加入量，找出即使製品性能優異、成本低又環保的制備方法；
用SEM測試產品的形貌，證實其剝離程度；用XRD測試有機土的層間距，分析其改性效果；復合材料中界面層的性質可以用示差掃描量熱法（DSC）來表徵；熱失重分析（TGA）可以研究有機物對蒙脫土的改性程度及納米復合材料的耐熱性；
選擇最好的制備方法，將聚合物與有機土進行復合，研製出納米復合材料製品並詳細表徵其各種性能；
撰寫論文，准備答辯。

六、國內外主要參考文獻（列出作者、論文名稱、期刊名稱、出版年月）

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3、 專著等參考書的數量小於總數量的三分之一；
4、 近五年出版的參考書數量不小於總數量的三分之一；
5、 外文參考文獻的數量不小於總數量的三分之一。

❸ 蒙脫土的蒙脫土的無機改性

蒙脫土經過改性可使其性能更優越，改性後的蒙脫土具有較大的層間距，較好的熱穩定性和可調變的酸性，可作為新型的催化材料和吸附材料。目前所採用的蒙脫土的無機改性劑主要有酸和無機鹽兩類，另外還有蒙脫土的鈉化改性等。
（1）酸改性：簡單酸改性主要是用硫酸、鹽酸、磷酸或它們的混合酸洗滌或將加有酸的蒙脫土懸浮液加熱一定時間。最佳酸化條件隨蒙脫土產地不同而異，即與其化學組成、水合程度及陽離子交換性質有關。也可以採用以 AlCl3、FeCl3、ZnCl2等為代表的金屬鹵化物Lewis 酸。用酸處理時，蒙脫土層間的 K、Na、Ca、Mg等陽離子轉變為酸的可溶性鹽類而溶出，從而削弱了原來層間的結合力，使層間晶格裂開，層間距擴大，因而改性後的比表面積和吸附能力顯著增加。
通過酸化改性的蒙脫土的比表面積增大，孔徑也增大，而且具有更強的吸附性和化學活性，具有很高的吸附和催化性能，是一種非常好的中孔載體材料。處理後的蒙脫土可廣泛的應用於油品脫色、制無碳復寫紙、催化劑載體及污水處理等方面。
（2）鈉化改性
天然蒙脫土按其層間可交換陽離子的種類分為氫基、鈣基、鈉基、鋰基等蒙脫土，以鈣基蒙脫土為主，但其性能較差，產品附加價值低。鈉基蒙脫土比鈣基蒙脫土有更好的膨脹性、陽離子交換性，水介質中的分散性、粘性、潤滑性、熱穩定性及較高熱濕壓強度和抗壓強度。可用NaCl乙醇溶液、碳酸鈉、焦磷酸鈉、多聚磷酸鈉作為改性劑交換鈣基蒙脫土為鈉基蒙脫土。
（3）無機鹽改性
無機鹽改性是通過加入一種或多種無機金屬水合陽離子與蒙脫土層間可交換的陽離子進行交換，這些離子充當了平衡硅氧四面體上負電荷的作用，同時由於在層間溶劑的作用下，可以使蒙脫土剝離分散成更薄的單晶片。用於蒙脫土改性的鹽主要有鋁鹽、鎂鹽、鋅鹽、銅鹽等。

❹ 蒙脫土用到了分析化學中哪些分離富集方法

有：沉澱分離、溶劑萃取分離、離子交換分離、層析分離、揮發分離、蒸餾分離等，新型分離方法有固相萃取分離、膜分離

❺ 離子交換原理

離子交換的基本原理 離子交換的選擇性定義為離子交換劑對於某些離子顯示優先活性的性質。離子交換樹脂吸附各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸附，但吸著後要把它置換下來就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯度、交換基團、可交換離子的性質、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關。離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團上的可交換離子發生交換。一般來說，離子交換樹脂對價數較高的離子的選擇性較大。對於同價離子，則對離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價的金屬離子中，原子序數較大的離子其水合半徑較小，陽離子交換樹脂對其的選擇性較大。對於丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂來說，它對一些離子的選擇性順序為：H+>Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na十。 離子交換反應是可逆反應，但是這種可逆反應並不是在均相溶液中進行的，而是在固態的樹脂和溶液的接觸界面間發生的。這種反應的可逆性使離子交換樹脂可以反復使用。以D113型離子交換樹脂制備硫酸鈣晶須為例說明： D113丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂是一種大孔型離子交換樹脂，其內部的網狀結構中有無數四通八達的孔道，孔道裡面充滿了水分子，在孔道的一定部位上分布著可提供交換離子的交換基團。當硫酸鋅溶液中的Zn2+，S042-擴散到樹脂的孔道中時，由於該樹脂對Zn2+選擇性強於對Ca2+的選擇性，，所以Zn2+就與樹脂孔道中的交換基團Ca2+發生快速的交換反應，被交換下來的Ca2+遇到擴散進入孔道的S042-發生沉澱反應，生成硫酸鈣沉澱。其過程大致為：
(1)邊界水膜內的擴散 水中的Zn2+，S042-離子向樹脂顆粒表面遷移，並擴散通過樹脂表面的邊界水膜層，到達樹脂表面； (2)交聯網孔內的擴散(或稱孔道擴散) Zn2+，S042-離子進入樹脂顆粒內部的交聯網孔，並進行擴散，到達交換點；
(3)離子交換 Zn2+與樹脂基團上的可交換的Ca2+進行交換反應；
(4)交聯網孔內的擴散 被交換下來的Ca2+在樹脂內部交聯網孔中向樹脂表面擴散；部分交換下來的Ca2+在擴散過程中遇到由外部擴散進入孔徑的S042-發生沉澱反應，生成CaS04沉澱；
(5)邊界水膜內的擴散 沒有發生沉澱反應的部分Ca2+擴散通過樹脂顆粒表面的邊界水膜層，並進入水溶液中。 此外，由於離子交換以及沉澱反應的速度很快，硫酸鈣沉澱基本在樹脂的孔道里生成，因此樹脂的孔道就限制了沉澱的生長及形貌，對其具有一定的規整作用。通過調整攪拌速度、反應溫度等外界條件，可以使樹脂顆粒及其內部孔道發生相應的變化，這樣當沉澱在樹脂孔道中生成後，就得到了不同尺寸和形貌的硫酸鈣沉澱。

❻ 蒙脫土的蒙脫土的有機改性

蒙脫土由於層間的大量無機離子而表現出來的疏油性，不利於其在聚合物基體中的分散，因此要對其進行有機改性，其目的旨在改變蒙脫土表面的高極性，使蒙脫土層間由親水性轉變為親油性，降低其表面能，同時使蒙脫土的層間距增大，使聚合物的鏈或單體能進入層間，從而製造出納米復合材料。蒙脫土常用的有機改性劑有陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、聚合物單體和偶聯劑等。例如採用陽離子表面活性劑改性常用十六或十八烷基三甲基等季銨鹽處理蒙脫土，發生陽離子交換反應。使有機集團覆蓋蒙脫土表面或揷入其層間，使其表面能發生變化，增大了層間距，使其由原來的親水性轉變為親油性。

❼ 蒙脫土的蒙脫土的性能和用途

【溶解性】微溶於苯、丙酮、乙醚等有機溶劑，不溶於水。
【相對密度】d425 2~3
【CAS號】1318-93-0
【EINECS號】215-288-5
蒙脫土是一類由納米厚度的表面帶負電的硅酸鹽片層，依靠層間的靜電作用而堆積在一起構成的土狀礦物，其晶體結構中的晶胞是由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體構成。具有獨特的一維層狀納米結構和陽離子交換性特性，從而賦予蒙脫土諸多改性的可能和應用領域的擴大。經改性的蒙脫土具有很強的吸附能力，良好的分散性能，可以廣泛應用高分子材料行業作為納米聚合物高分子材料的添加劑，提高抗沖擊、抗疲勞、尺寸穩定性及氣體阻隔性能等，從而起到增強聚合物綜合物理性能的作用，同時改善物料加工性能。在聚合物中的應用可以在聚合物時添加，也可以在熔融時共混添加（通常採用螺桿共混）。

❽ 測定膨潤土（蒙脫石）陽離子交換容量CEC有什麼意義

膨潤土（蒙脫石）晶層中的陽離子具有可交換性能，在一定的物理—化學條件下，不僅Ca2+、Mg2+、Na+、K+等可相互交換，而且H+、多核金屬陽離子（如羥基鋁十三聚體）、有機陽離子（如二甲基雙十八烷基氯化銨）也可交換晶層間的陽離子。陽離子交換性是膨潤土（蒙脫石）的重要工藝特性，利用這一特性，可進行膨潤土的改型，由鈣基膨潤土改型為鈉基膨潤土、活性白土、鋰基膨潤土、有機膨潤土、柱撐蒙脫石等產品。 陽離子交換容量（Cation Exchange Capacity）是指PH值為7的條件下所吸附的K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 等陽離子總量，簡稱為CEC。膨潤土礦陽離子交換容量和交換性陽離子是判斷膨潤土礦質量和劃分膨潤土礦屬型的主要依據， CEC值愈大表示其帶負電量愈大，其水化、膨脹和分散能力愈強；反之，其水化、膨脹和分散能力愈差。如北票市膨潤土陽離子交換容量CEC 為66.7mmol/100g，阜新市的膨潤土陽離子交換容量CEC 為85.55 mmol/100g，內蒙古優質膨潤土陽離子交換容量CEC為115—139 mmol/100g。
研究表明，蒙脫土的片層中間的CEC通常在60-120mmol/100G范圍內，這是一個比較適合與聚合物插層形成納米復合材料的離子交換容量。因為如果無機物的離子交換容量太高，極高的層間庫侖力使得無機物片層間作用力過大，不利於大分子鏈的插入；如果無機物的離子交換容量太低，無機物不能有效地與聚合物相互作用，不足以保證無機物與聚合物基體的相容性，同樣不能得到插層納米復合物材料。適宜的離子交換容量、優良的力學性能使得蒙脫土成為制備PLS納米復合材料的首選礦物。CEC值和膨潤土（蒙脫石）的內表面積與蒙脫石含量呈正相關關系，用陽離子交換容量CEC 為100mmol/100g的膨潤土和 用陽離子交換容量CEC 為61mmol/100g的膨潤土製備插層納米復合物材料，盡管層間距相差不大(d001=1.98和1.91nm)，但比表面(421.5和127.2m2。g-1)和吸氨量(318.3和80.7mg。g-1)卻有較大的差別. 與原料土的比表面(76.0和90.5m2。g-1)及吸氨量(49.2和62.1mg。g-1)相比，分別增加5.5和1.4倍及6.5和1.3倍，比表面和吸氨量的增加倍數有一定的對應關系. 這說明層電荷密度主要影響材料的表面性質. 由於層間距(d001)的變化主要取決於交聯劑的大小, 因而不同層電荷密度對於採用同種的交聯劑制備材料的層間距影響不大。
測定CEC的方法很多，如定氮蒸鎦法、醋酸銨法、氯化銨-醋酸鈉法、氯化銨-無水乙醇法、氯化銨-氨水法、氯化鋇-硫酸法等。目前，膨潤土CEC測定是依據國標JC/T 593—1995（膨潤土試驗方法）。具體方法如下：
（1）方法提要
用含指示陽離子NH4+的提取劑處理膨潤土礦試樣，將試樣中可交換性陽離子全部置換進入提取液中，並使試樣飽和吸附指示陽離子轉化成銨基上。將銨基土和提取液分離，測定提取液中的鉀、鈉、鈣及鎂等離子，則為相應的交換性陽離子量。
（2）主要試劑和材料
a. 離心機：測量范圍為0～400r/min；
b. 磁力攪拌器：測量范圍為50～2 400r/min』
c. 鉀、鈉、鈣、鎂混合標准溶液〔c(0.01Na+、0.005Ca2+、0.005Mg2+、0.002K+)〕稱取0.5004g碳酸鈣(基準試劑)，0.201 5g氧化鎂(基準試劑)，0.5844g氯化鈉(高純試劑)和0.1491g氯化鉀(高純試劑)於250mL燒杯中，加水後以少量稀鹽酸使之溶解(小心防止跳濺)。加熱煮沸趕盡二氧化碳，冷卻。將溶液移入1 000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，移於乾燥塑料瓶中保存；
d. 交換液：稱取28.6g氯化銨置於250mL水中，加入600mL無水乙醇，搖勻，用1+1氨水調節pH為8.2，用水稀釋至1L，即為0.5mol/L氯化銨-60%乙醇溶液。
e. EDTA標准溶液〔c(0.01EDTA)〕：取3.72g乙二胺四乙酸二鈉，溶解於1 000mL水中。
標定：吸取10mL0.01mol/L氯化鈣(基準試劑)標准溶液於100mL燒杯中，用水稀釋至40～50mL左右。加入5mL4mol/L氫氧化鈉溶液，使pH≈12～13，加少許酸性鉻藍K-萘酚綠B混合指示劑，用EDTA溶液滴至純藍色為終點。
c1= c2·V3/ V4
式中：
c1——EDTA標准溶液的實際濃度，mol/L；
c2——氯化鈣標准溶液的濃度，mol/L；
V3——氯化鈣標准溶液的體積，mL；
V4——滴定時消耗EDTA標准溶液的體積，mL。
f. 洗滌液：50%乙醇，95%乙醇。
（3）試驗步驟
稱取在115～110℃下烘乾的試樣1.000g，置於100mL離心管中。加入20mL50%乙醇，在磁力攪拌器上攪拌3～5min取下，離心(轉速為300r/min左右)，棄去管內清液，再在離心管內加入50mL交換液，在磁力攪拌器上攪拌30min後取下，離心，清液收集到100mL容量瓶中。將殘渣和離心管內壁用95%乙醇洗滌(約20mL)，經攪拌離心後，清液合並於上述100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，待測。殘渣棄去。
交換性鈣、鎂的測定，取上述母液25mL，置於150mL燒杯中，加水稀釋至約50mL，加1mL1+1三乙醇胺和3～4mL4mol/L氫氧化鈉，再加少許酸性鉻藍K-萘酚綠B混合指示劑，用0.01mol/LEDTA標准溶液滴定至純藍色，記下讀數V5，然手用1+1鹽酸中和pH為7，再加氨水-氯化銨緩沖溶液(pH=10)，再用0.01mol/LEDTA標准溶液滴至純藍色記下讀數V6。
交換性鉀、鈉的測定：取25mL母液於100mL燒杯中，加入2～3滴1+1鹽酸，低溫蒸干。加入1mL1+1鹽酸及15～20mL水，微熱溶解可溶性鹽，冷卻後溶液移入100mL容量瓶中，以水稀釋至刻度、搖勻，在火焰光度計上測定鉀、鈉。標准曲線的繪制：分取0、3、6、9、12、15mL鉀、鈉、鈣、鎂混合標准溶液於100mL容量瓶中，加入2mL1+1鹽酸，用水稀釋至刻度、搖勻。在與試樣同一條件下測量鉀、鈉的讀數，並繪制標准曲線(此標准系列分別相當於每100g樣中含有0、170、345、520、690、860mg的交換性鈉和0、60、120、175、240、295mg的交換性鉀。
（4）結果計算
鈣、鎂的含量按下式計算：
交換性鈣g/100g= （40c5V5）/（2.5m3）
交換性鎂g/100g=[ 24c5(V6-V5)]/ （2.5m3）
式中：
c5—EDTA標准溶液的實際摩爾濃度mol/L；
V6、V5—滴定時耗用EDTA標准溶液的毫升數，mL；
m3——試樣質量，g。
鉀、鈉的含量按(10)式計算：
交換性鉀(g/100g)= Kmg /（2.5m3）
交換性鈉(g/100g)= Namg/（2.5m3）
式中：
Kmg，Namg—由標准曲線上查得的鉀鈉的毫克數；
m3——試樣質量，g。

❾ 蒙脫土的介紹

蒙脫土（英文名稱montmorillonite）又名膠嶺石、微晶高嶺石，一種硅酸鹽的天然礦物，為膨潤土礦的主要礦物組分。含Al2O316.54%；MgO4.65%; SiO250.95%。結構式為（Al，Mg）2〔SiO10〕(OH)2·n H2O。單斜晶系，多位微晶，集合體呈土狀、球粒等狀。白色微帶淺灰色，含雜質時呈淺黃、淺綠、淺藍色，土狀光澤或無光澤，有滑感。加水後其體積可膨脹數倍，並變成糊狀物。受熱脫水後體積收縮。具有很強的吸附能力和陽離子交換性能，主要產於火山凝灰岩的風化殼中。蒙脫土（包括鈣基、鈉基、鈉-鈣基、鎂基蒙脫土）經剝片分散、提純改型、超細分級、特殊有機復合，平均晶片厚度小於25nm，可做漂白劑、吸附劑填充劑，被稱為「萬能材料」。

❿ 蒙脫土的CEC 是什麼意思

蒙脫土的陽離子交換容量，是指ph=7時蒙脫土內部陽離子與外界陽離子進行交換的最大容量。通常在60-120mmol/100G范圍內