A-P-025_蒙脱土的有机化改性及其在吸水树脂中的应用

蒙脱土的有机化改性及其在吸水树脂中的应用 谷庆风，宫峰，谭海英，何培新
湖北大学化学化工学院，湖北 武汉 430062
关键词：钠基蒙脱土 有机蒙脱土 有机化改性 超吸水树脂
随着纳米材料的出现及其研究的深入，利用层状硅酸盐制备聚合物／粘土纳米复合材料成为高分子研究领域的一大热点[1,2,3] ，其中蒙脱土因其资源丰富、价格低廉而成为最具有工业化前景的无机纳米材料。

蒙脱土是亲水疏油的无机硅酸盐矿物，在制备吸水树脂时，很难与有机单体复合，大多形成蒙脱土的混杂材料。

利用蒙脱土层间阳离子的可交换性,可以制备有机蒙脱土，使层间变为亲油疏水性，提高了复合材料中有机相与无机相的相容性,更有利于高聚物的插层复合。

本文选用自制的N,N’-二甲基,N-十二烷基甲基丙烯酰氧乙基溴化铵（DMAEA-DB ）[4]作为插层剂,通过离子交换反应来制备有机蒙脱土（OMMT ）。

用反相悬浮聚合法分别合成聚合物 [P(AA-AM/OMMT)]和P(AA-AM) [5]。

本实验采用过滤法测试超吸水树脂的吸水吸盐率，用袋滤法测试其吸水速率，用60℃时热保水率法来评价聚合物的保水率。

并用x 射线衍射实验、红外光谱进行表征。

图1是用20%的插层剂蒙脱土改性前后以及用改性后的OMMT 制成的复合材料的XRD 曲线，由图可知，改性后，蒙脱土的衍射角移向低角度，根据Bragg 衍射方程可算得，蒙脱土片层间距由改性前的1．28nm 扩大到1.81 nm ，说明有机阳离子已插层进入蒙脱土的硅酸盐片层间，达到了蒙脱土有机化改性的目的。

而用制得的OMMT 与AA 和AM 合成的高吸水树脂，已基本看不见衍射峰，说明它们共聚后形成了纳米复合材料。

2468100
50
100
150
200
F ig 1:T h e X R D o f (a )N a +-M M T (b )O M M T (c )P (A A -A M /O M M T )
2 T h e ta
a
b
c
通过X 射线测得的不同含量的插层剂处理蒙脱土时的层间距变化的情况，
可知随着插层剂含量的增加 ，蒙脱土的层间距逐渐增大，但最后驱于稳定 。

这是因为蒙脱土的阳离子交换能力是一定的，当插层剂含量接近于蒙脱土的离子交换能力时 ，反应达到平衡 ，硅酸盐片层的层间距就不再随插层剂含量的增加而变大了。

所以，在用DMAEA-RB 进行蒙脱土有机化改性时，插层剂用量在20％—30％ 效果较好。

图2中a 、b 两条曲线是钠基蒙脱土(MTT)和有机蒙脱土(OMTT)的红外光
谱图。

对照两个样品的分析结果可以看出，有机蒙脱土不仅有钠基蒙脱土的特征峰,而且有机化改性后还出现了新的吸收峰：2927.83 cm -1 与2851.6 cm -1 分别为甲基的非对称伸缩振动峰及对称伸缩振动峰，1721.64cm -1 为具有共轭结构的α不饱和酯的羰基特征峰，1646.49 cm -1处出现的是不饱和双键特征峰， l 467.78cm -1 处出现的一CH 弯曲振动峰。

这些新增加的特征峰表明了季铵盐已插层进入蒙脱土的层间。

曲线c 、d 是P(AA-AM)和P(AA-AM/OMMT)的红外图谱，可以看出曲线d 比c 增加了一些新的峰，1098.15 cm -1是Si —O 伸缩振动峰，400-800 cm -1间为硅氧四面体和铝氧八面体的内部震动，这些新出现的峰充分说明了OMMT 已与AA 、AM 共聚，形成了P(AA-AM/OMMT)的复合材料。

400035003000250020001500
100050040
50
60
70
80
90
100
110120 T %W avenumbers /cm
-1a
b c d Fig.2.FTIR spectra of (a)OMMT (b)Na+-MMT (c)P(AA-AM/OMMT) (d)P(AA-AM)
样品 吸水率（mL/g ）吸盐水（0.9wt%NaCl ）率（mL/g ）
P-(AA-AM) 1200 77.5
P-(AA-AM-OMMT) 1220 95
通过对比上表可以看出，P-(AA-AM-OMMT)的吸水吸盐率比P-(AA-AM)显著提高，这一方面是因为蒙脱土本身就有吸水性，另一方面可能是因为有机蒙脱土以纳米尺寸分散在P-(AA-AM)的基体中，使树脂的吸水吸盐率提高。

P(AA-AM)和P(AA-AM/OMMT)的吸水速率如图4所示，从图中可以看出OMMT 的加入使制得的超吸水树脂初期吸水速率明显增加。

这可能是因为加入的OMMT 在某种程度上起到分散剂的作用，使制得的吸水树脂粒径变小，从而增大了吸水速率。

W e i g h t o f p o l y m e r
Fig4:absorption of water rate
由图5可知，OMMT 的加入对保水率的影响不是很大，随着时间的延长，
P-(AA-AM-OMMT)比P-(AA-AM)的保水性略有提高。

这是因为改性后的蒙脱土片层间距增大，使有机单体能有效地进入或吸附到OMMT 的片层间发生原位插层聚合反应，聚合后的OMMT 片层剥离并均匀分散到聚合物基体中，与基体有机的结合在一起，所以它的保水性和耐热性都有所提高。

S A P w t %time(h)
Fig5:water preservation of SAP
通过钠基蒙脱土与季铵盐的阳离子交换反应，成功制备了有机蒙脱土。

并
将它用于超吸水树脂的制备，结果表明钠基蒙脱土经有机化改性后，有机成分已经进人到蒙脱土的层间，使其层间距加大,由原来的亲水疏油转变为亲油疏水；用它制得的吸水树脂吸水吸盐率都有明显提高；改性后还引入了不饱和双键，有利于有机单体或聚合物的插层复合，为制备聚合物／蒙脱土纳米复合材料提供了一条新的途径。

参考文献：
[1] Qunwei Tang, Jianming Lin, Jihuai Wu, et al. Journal of Applied
Polymer Science, 2007, 104:735–739 .
[2] Wen-Fu Lee, Lin-Gi Yang. Journal of Applied Polymer Science, 2004, 92: 3422–3429 .
[3] Francisca Santiago , Antonio E. Mucientes ,Mo′nica Osorio , at al. European Polymer Journal 2007,43 :1–9.
[4] 黄世强，徐祖顺等.化学与粘接，1997，3：128-130.
[5] 何培新,肖卫东,黄鹤等. 高分子材料科学与工程,1999,15(6):65-68.
The Prepare of OMMT and It’s Application In Superabsorbent Gu Qingfeng,Gong Feng, Tan Haiying,He Peixin College of Chemistry and Chemical Engineering, Hubei University,
Wuhan 430062
Abstract:Na+-MMT is naturally hydrophilic. This makes them poorly suited to mixing and interacting with most polymer matrices. In this paper,we adopt ion exchanging method to prepare organo-MMT(OMMT).Then a novel nanocomposite hydrogels were synthesized by inverse suspension.Result shows that the OMMT layers are widely separated by the DMAEA-DB. And the OMMT clay has been exfoliated and dispersed in the polymer matrix to form a nanocomposite structure. Whatesmore the water absorbency was increased in deionized water and salt solutions by adding the OMMT into the copolymeric gels.
Key words: montmorillonite organic-montmorillonite nanocomposite superabsorbent。