聚合物/蒙脱土纳米复合材料是目前聚合物纳米复合材料领域的一个研究热点，随着部分品种的成功开发与应用，各国研究人员正致力于开发更广泛聚合物品种的蒙脱土纳米复合材料。同传统的复合材料相比，由于蒙脱土片层的插层或剥离形成了纳米结构，从而导致聚合物和硅酸盐片层的相互作用面积大大增加，而且高分子链的输运特性在硅酸盐层间受限空间与层外自由空间有很大的差异，因此，插层或剥离的结构赋予了该类复合材料许多特殊性能，例如高的比强度、比模量、良好的热稳定性和气体阻隔性以及由于蒙脱土片层的取向而带来的各向异性等。 由于对聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备而言，蒙脱土的有机化处理是关键，它决定了所制备的有机土跟聚合物体系是否相容从而得到设计性能的纳米复合材料。目前，虽然有关层状硅酸盐纳米复合材料的制备体系已经十分丰富，很多表面活性剂被用来制备有机化蒙脱土，例如氨基脂肪酸、脂肪胺、季铵盐等，但很多研究者的工作是孤立进行的，缺乏宏观的指导意义。对于不同的聚合物体系和不同的加工处理方法，蒙脱土改性用的插层剂如何选择以及不同的插层剂对所制备的材料的结构及性能的影响等问题，至今还没有报道对此做出系统的阐述。本研究的主要工作是通过复合处理的方法制备有机土，并研究其对不同聚合物体系的纳米复合材料制备方式及结构性能等的影响，希望能对今后有关这方面的研究提供一定的借鉴意义。 (1)复合处理蒙脱土对尼龙66/蒙脱土纳米复合材料的影响 1尼龙66是一种应用广泛的工程塑料，随着尼龙6/蒙脱土纳米复合材料通过熔融插层法的成功开发与应用，人们也开始探索通过熔融插层法来获得尼龙66的纳米复合材料。本文在前人工作的基础上，提出用复合处理的方法来制备有机化蒙脱土，来研究不同的土处理对所制备的复合材料的影响。通过应用十八胺和氨基十一酸来复合处理钠基蒙脱土，制备了不同摩尔比例(十八胺/氨基十一酸)的有机土，分别标记为M1810，M1811，M1812和M1801。应用所制复合有机土，通过熔融插层的方法制备了一系列尼龙66/蒙脱土纳米复合材料。傅立叶变换红外光谱(FTIR)的研究表明，十八胺或/和氨基十一酸已经成功地处理到蒙脱土的表层，广角X射线衍射(WAXD)的研究表明，原钠基土的片层间距为1.31nm，随着插层剂的插入，蒙脱土的片层间距被扩大，而且扩大的程度随着复合处理中十八胺的比例的增加而提高，分别达到M1801的1.88nm，M1812的2.13nm，M1811的2.17nm以及M1810的2.36nm。对复合材料的WAXD和透射电子显微镜(TEM)的研究表明，所制备的四种复合处理蒙脱土在尼龙66中都呈现出无序分散的状态，在WAXD中没有出现蒙脱土001面的衍射峰，TEM的研究也表明它们都达到了纳米级的分散，而且其中M1810和M1811分散性比M1812和M1801要好，本文认为这是因为合适的有机化处理有利于尼龙66分子链的插入，从而达到比较好的分散。 在研究复合处理土对尼龙66力学性能影响时发现，与M1810,M1812,M1801相比，含M1811有机土的尼龙66纳米复合材料具有更高的性能，这跟其在尼龙66中良好的分散及复合处理引入了较强的界面相互作用有关。对尼龙66纳米复合材料结晶行为的研究表明，随着有机化蒙脱土的引入，尼龙66结晶更利于沿氢键面方向发展，结晶度(DSC法)的计算表现，有机蒙脱土的引入，导致尼龙66结晶度不同程度的降低。 (2)N-甲氧甲基化尼龙66/蒙脱土纳米复合材料的制备与性能研究 前面的研究是基于通过复合处理的方法来得到跟尼龙66基体相匹配的有机化蒙脱土，从而得到纳米复合材料。本章的研究是基于通过改变尼龙66极性的方法来跟所制备的有机化蒙脱土相容，从而可以制备纳米复合材料。 本章采用十六烷基三甲基溴化铵来处理钙基蒙脱土，得到了有机化蒙脱土M1610。通过N-甲氧甲基化改性的方法，得到了结晶度和熔点大大降低的N-2甲氧甲基化尼龙66，然后通过在甲醇溶液中直接插层的方法制备了其蒙脱土纳米复合材料(M-PA66/MMt)。FTIR研究表明插层剂已经成功插层到蒙脱土的片层之间，WAXD和TEM的研究表明经过有机化处理以及聚合物溶液插层后，蒙脱土的片层间距从原钙基土的1.54nm增加到了M1610的2.05nm和复合材料中的3.46nm甚至更大，这表明复合材料中生成了有序插层甚至剥离的纳米结构。WAXD的研究也表明，随着有机土的引入，改性尼龙66的结晶性有所下降。热失重分析(TGA)表明跟本体相比，纳米复合材料的热稳定性能也表现出一定程度的提高。动态热机械分析(DMTA)表明在玻璃化转变的前后，纳米复合材料都表现出更高的模量，而其玻璃化转变温度却在4wt％的有机土含量时从本体的1.3℃降到了-3.7℃。机械性能的测试表明在有机土含量低于8wt％的范围内，纳米复合材料的拉伸强度和撕裂强度大大提高，而断裂伸长率仅略有下降。有机化蒙脱土的引入也导致了吸水率的大幅度降低。 (3)聚氨酯/蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究 随着聚合物/蒙脱土纳米复合材料研究的进一步扩大，有关聚氨酯/蒙脱土纳米复合材料的研究经常见诸报道，但很多研究集中在通过各种途径来制备聚氨酯/蒙脱土纳米复合材料。本文根据前面的研究成果，首先通过复合处理的方法得到了三种有机化蒙脱土，研究了复合处理蒙脱土对纳米复合材料的影响；另外利用蒙脱土本身的结构特点，采用4,4-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)对有机土进行了进一步改性，制备了带有特定官能团的有机土，并研究了该种有机土所制备的纳米复合材料的性能以及跟其他纳米复合材料性能的区别。 首先采用十六烷基三甲基溴化铵和氨基十一酸按照不同的比例来复合处理钙基蒙脱土，得到了三种有机化蒙脱土，M1610，M1612和M1601，然后分别采用它们，通过溶液插层的方法来制备聚氨酯/蒙脱土纳米复合材料。FTIR和WAXD的研究表明，有机化处理后插层剂已经成功插层到蒙脱土的片层之间，从而导致片层间距被不同程度地扩大。对复合材料的WAXD和TEM的研究表明，对于M1610和M1612，得到了一种有序插层的纳米结构，而对于单独采用氨基十一酸处理所得的有机土M1601，得到了一种无序的剥离的纳米结构。聚氨酯纳米复合材料的拉伸性能比聚氨酯本体有显著提高。TGA研究表明纳米复合材料的降解性能也略有提高。DMTA的研究结果表明采用某些有机土(M1610和M1612)所得3的纳米复合材料在玻璃化转变前后都表现出更高的储存模量，而采用M1601所得的纳米复合材料则显示出更低的储存模量。损耗曲线表明聚氨酯纳米复合材料的主玻璃化转变温度相对于本体而言略有提高。本章对聚氨酯及其纳米复合材料的吸水性能也进行了研究并对其结果进行了详细分析。 首先，MDI被用来对十六烷基三甲基溴化铵所得的有机土M1610进行改性而得到了MDI-M16，然后利用M1610和MDI-M16通过溶液插层的方法来制备聚氨酯/蒙脱土纳米复合材料。FTIR研究表明，经过MDI的改性，-NCO基团成功接枝到M1610中，并且含有自由的-NCO基团。WAXD和TEM的研究表明两种有机土都得到了一种有序的插层型纳米结构。由MDI-M16所得的聚氨酯纳米复合材料的拉伸性能跟聚氨酯本体和M1610所得的纳米复合材料相比，表现出更大的性能提高。