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采用原位插层聚合制备聚合物-蒙脱土纳米复合物摘要采用原位插层聚合的方法合成了两种聚合物-MMT纳米复合物苯乙烯单体插层到经有机改性过的MMT的层间在插层的过程中，用2,2-偶氮二异丁晴作为自由基引发剂，复合物在有限的层间聚合，苯胺单体同样可以插层，分别在APS和内层铜离子的引发下，在Na-MMT以及Cu-MMT的层间聚合XRD表明：MMT层状结构完全被分散在聚苯乙烯基质中，得到了一个剥离结构，聚苯胺-MMT纳米复合物显示了一个较高的有序结构，即：单一的聚苯胺链堆积在MMT层上FTIR证实了插层以及形成了聚合物-MMT纳米复合物1、引言纳米复合物通常被定义为复合物总有一成分的尺度至少在一维（如长度、宽度或者厚度）其大小在1-100nm在材料科学最有前景的发展是设计和合成有机-无机纳米复合物，该复合物具有单一有机物和无机物所不具有的优良性能形成这样的纳米复合物的一个方法是插层有机物到无机物主体中，这里涉及到的插层为可逆的插层客体分子到主体物质中，保持着主体分子的结构，这个方法成功的用于制备聚合物-无机层状固体复合物，比如：层状金属氧化物五氧化二钒，磷酸盐，层状钙钛矿，卤氧化物，水辉石，水滑石。

这里主要有两种方法合成这样的纳米复合物一种是在溶液中或者熔融状态直接将有机物分子链插入到主体中直接插层的方法的一个缺点是聚合物转移到层状空间很慢，在溶液反应中，溶剂的共插层另外一种方法是在化学、热、以及光引发下，单体的插层当合适的单体可以优先的插层在这样的聚合物-无机纳米复合物，聚合物通常提供功能基团，然而，无机成分提供合适的层状主体以适应材料的不同用处层状黏土矿物，特别是MMT由于其独特的层状结构，离子交换能力以及扩层能力是最优前景的层状主体MMT属于2：1型层状硅酸盐其晶体结构包括铝氧八面体和硅氧四面体堆积的层状结构导致了在层与层之间的范德华带由于层与层之间较弱的作用力，有机单体很容易插层到这些层间并与层间离子发生反应自从尼龙6-黏土纳米复合物合成以来，由聚合物-黏土插层制备的纳米复合物在过去几十年来引起了极大的关注由于其机械性能以及热性能的提高，气体屏蔽性能以及热阻燃性能，聚合物-黏土纳米复合物展示了许多特殊的化学以及物理性能，比如说：较高的各向异性导电性以及光活性在纳米复合物的制备过程中有两个特殊的结构一个是层状黏土能够分散为厚度为1nm的层状结构，第二是通过与有机或者无机离子的交换能够修饰其表面化学性质。

通常，两种不同的结构可能是由于聚合物或者黏土的性质以及与聚合方法以及条件有关第一个是插层结构就是一个过着两个扩展的聚合物链插层到层状黏土的层间另一种是剥离结构，就是黏土被较好的分散在聚合物基体中，至今为止研究的聚合物已经包括了大部分的聚合物，包括了热塑性、热固性聚合物、弹性体、离子导电聚合物以及电子导电聚合物等由于有优异的插层性能，我们预期用MMT以及改性过的MMT作为主体已达到插层和剥离结构的纳米复合物在本文中，我们报道了一种合成和表征聚苯乙烯和聚苯胺、MMt纳米复合物的方法研究了不同结构的黏土的纳米材料的性能以及应用2、实验2.1材料Na-MMT通过Ca-MMT的沉积-离心分离，干燥，最后与碳酸钠进行交换而制备最后Na-MMT有较好的粒子结构，粒子粒径小于2um，离子交换容量为90\100g.苯乙烯、苯胺、2,2-偶氮二异丁晴、APS、十八烷基三甲基溴化物（ODTMAB）、十六烷基三甲基溴化铵（HDTMAB）均为分析纯2.2 黏土修饰将弱极性的苯乙烯渗透到黏土层中较极性单体困难因此，Na-MMT在采用苯乙烯插层前采用烷基胺阳离子进行修饰有机MMT在溶液中，采用与在MMT层间的Na+与有机胺离子的交换而制备。

20gNa-MMT分散在400ml的水中搅拌2h悬浮液加热至60摄氏度，将21mmol的有机胺盐水溶液在搅拌下逐滴加入，至1h有机MMT被离心分离，并采用蒸馏水洗涤，知道没有溴离子为止采用硝酸银溶液检测在室温下真空干燥，有机修饰过的MMT被研磨以备使用制备出了两种有机改性蒙脱土Cu-MMT采用相同的方法在1mol\L的硝酸铜溶液中制备2.3 聚合物-MMT复合物的制备将一定量的有机MMT分散在苯乙烯中搅拌2h，然后，含量0.5%的2,2-偶氮二异丁晴添加到该溶液中，溶液在油浴下加热在85摄氏度下在氮气氛围下聚合反应至少8h以形成聚苯乙烯-MMT纳米复合物聚苯胺-Cu-MMT纳米复合物在室温下采用如下步骤合成：首先将2mL苯胺加入到250mL 的三颈瓶中，加入78ml的水，搅拌将0.5gCu-MMT加入到以上溶液中，混合溶液最后搅拌60h，并且在室温下保存7天聚苯胺-Na-MMT纳米复合物采用与聚苯胺-Cu-MMT纳米复合物的相同的制备方法获得，出来要添加额外的氧化剂也就是APS在搅拌之前将APS加入溶液中2.4 聚合物-MMT纳米复合物的表征MMTs以及纳米复合物采用XRD以及FTIR表征。

MMTs以及纳米复合物层间距的分析可以提供插层或者剥离结构的证据然而，FTIR提供是的聚合物的形成XRD采用D\MAX-RCX射线衍射仪测得采用CuKa射线，工作电压为50kv工作电流为80mA，r=1.5406.在测试XRD之前所有的样本在真空干燥24h粉末样本的光谱采用KBr压片，在Nicolet 5DX-FTIR光谱仪测试，扫描范围在400-4000波数之间 3、结果与讨论3.1 聚苯乙烯-MMT纳米复合物典型的合成聚合物-黏土纳米复合物即：用有机胺阳离子修饰过的黏土，用适当的单体通过原位聚合得到有机胺阳离子的租用时提高有机单体渗透到层间，并且单体的作用是促使黏土粒子的分散，增加的层间距主要是有层间的扩展以容纳聚合物引起的结果是，聚合物的插层过程可以通过层间距的不同来判定区别XRD的峰位置的层间距d001主要采用Bragg定律：其中θ为衍射角图1为Na-MMT，ODTMAB-MMT，HDTMAB-MT，聚苯乙烯-ODTMAB-MMT，聚苯乙烯-HDTMAB-MMT当从2θ2.5°扫描到30°的XRD图Na-MMT的层间距为12.5埃，在ODTMAB-MMT和HDTMAB-MMT中，层间距分别增加到22.3和19.3.有机-MMT较高有序峰表明：用有机胺阳离子交换层间离子，MMT可以保留层状结构，进而，聚苯乙烯-ODTMAB-MMT以及聚苯乙烯-HDTMAB-MMT纳米复合物相应的层间距大于35.0埃。

衍射峰的缺失表明：黏土完全被剥离层间距进一步的增加主要是由于苯乙烯的插层以及聚合导致的层间的膨胀单体的渗透过程主要是在层间长的胺链以及单体分子有机MMT与单体的溶剂作用不仅依赖于插层到层间的有机胺阳离子的属性，也依赖于用的单体分子的化学结构进而，在层间聚合物的限制主要是离子-引发偶极作用，在MMT与课题聚苯乙烯之间，由于从无机体中水的蒸发，无机体的重量收到限制FTIR广泛用于表征聚合物-黏土纳米复合物，在本文中也同样用到图2为FTIR光谱，表明了聚苯乙烯以及MMT的特征峰的存在对于有机-MMT，特征吸收带包括CH2不对称伸缩（波数2923或者2933）CH2对称伸缩（2851波数）CH2平面剪切（1474波数）CH面外弯曲（798波数）另外，也发现了硅酸盐的吸收带，比如：层间水的羟基伸缩（3634）H-O-H弯曲（1637），Si-O-Si伸缩（1035）Si-O伸缩以及Si-O弯曲（600-400波数）对于纳米复合物，聚苯乙烯以及有机胺的特征吸收被发现，聚苯乙烯的特征吸收带为芳香烃的CH伸缩（3027,3061）CH2不对称伸缩（2923或者2925），CH2对称伸缩（2854或者2850）C-C平面内振动（1601或者1602,1494,1453）苯环CH面外弯曲振动（757或者756,698或者690），苯环的面外变形振动（540），硅酸盐的吸收带在3630以及1035波数以及600和400之间，他们是一致的，分别为曾减税的羟基伸缩，Si-O伸缩，Al-O伸缩以及Si-O弯曲。

聚苯乙烯的存在以及MMT的特征峰在完全提取的纳米复合物，在聚合物基体中主要为剥离的MMT层 3.2 聚苯胺-MMT纳米复合物在室温下，苯胺能够插入到MT层间层间苯胺的聚合首先从开始材料的颜色变化可以辨认，从白色变为墨绿色最后为黑色聚合反应通过杨家集（APS）以及Na-MMT和Cu-MMT层间的Cu2+引发，苯胺的氧化过程伴随着两个电子和两个 质子的损失聚苯胺-MMT纳米复合物的层间距比MMTs的层间距大，图3为MMT以及聚苯胺-MMT纳米复合物的层间距的XRD图，根据苯胺的原位插层聚合，可以获得较高的有序结构对于Na-MMT以及Cu-MMT的层间距分别从12.5和13.3编导14.9以及14.8埃因为聚苯胺的回转半径为6埃，从相应的硅酸盐层9.6埃的不同的层间距，在MMTs层间插层聚苯胺单分子链FTIR光谱可以提供苯胺聚合的证据作为比较，通过化学方法合成纯的聚苯胺，49g（215mmol）过硫酸铵溶解于100mL的蒸馏水中，溶液加入到215mL 1mol\L的盐酸溶液中，含有20g苯胺混合溶液在10摄氏度下搅拌2h最后静置14天图4为聚苯胺的IR光谱，展示了翠绿亚胺形式的特征吸收，吸收带在1610,1476,1303,1244,1142以及801分别对应于醌环结构，苯环结构，醌环-苯环结构，原子C-N伸缩，样的振动以及共轭链的氢的振动。

从图4的红外光谱证实了聚苯胺-MMT纳米复合物的形成，产物的FTIR光谱表明了聚苯胺的特征振动，与化学合成的聚苯胺的结构吻合，他们展示了聚苯胺以及MMT的所有谱带Na-MMT的振动吸收分别在1580，1495,1312，对于Cu-MMT分别为1610,1580,1495以及1310.表明了得到了翠绿亚胺盐型聚苯胺，在聚苯胺-MMT纳米复合物中在1583波数处存在的吸收带为对苯二酸盐以上的结果表明：通过原位聚合物获得了聚苯胺-MMT纳米复合物，插层反应主要是由于在MMT以及苯胺之间存在离子-偶极子对于Na-MMT，聚合反应的引发主要是由于外加的氧化剂对于Cu-MMT主要是由于层间的Cu2+4、结论通过在具有层状结构的MMT黏土中插层苯乙烯以及苯胺单体用原位聚合的方法成功的制备了聚苯乙烯-MMT纳米复合物以及聚苯胺-MMT纳米复合物XRD表明：形成了剥离结构的聚苯乙烯-MMT纳米复合物，FTIR表明了聚苯乙烯的形成苯胺的原位插层导致了一个较高有序的结构，即聚苯胺单链堆积到MMT层上。