52、蒙脱石及相关硅酸盐材料的特性与应用

蒙脱石及相关硅酸盐材料的特性与应用

1. 有机 - 无机纳米复合材料

层状硅酸盐作为增强相分散在工程聚合物基体中，是有机 - 无机杂化纳米复合材料的一种重要形式。在蒙脱石黏土的层间表面，用有机鎓离子取代无机交换阳离子，不仅能使黏土表面极性与聚合物极性相匹配，还能扩大黏土的层间距，便于聚合物前驱体或预成型聚合物插入层间空间（插层）。

根据黏土和鎓离子表面活性剂的电荷密度，鎓离子可能有不同的排列方式。一般来说，表面活性剂链越长、黏土电荷密度越高，黏土层间距越大。鎓离子可能以单层、侧向双层、假三层或倾斜石蜡结构等形式平行于黏土表面排列。通过红外（IR）和 X 射线衍射（XRD）测量可推断有机黏土中鎓离子链的取向。分子动力学模拟用于研究诸如密度分布、法向力、链构型和反式 - gauche 构象比等分子性质。

对于具有不同 d[001] 间距（分别为 13.2、18.0 和 22.7 Å）的单层、双层和假三层结构，层间链倾向于呈无序的类液体排列。在这种无序排列中，链不会保持平整，而是会与层间相对层中的鎓离子重叠和混合。对于三层排列，亚甲基主要存在于两层范围内，很少延伸到与正头基相对的层中。鎓头基相对于表面活性剂的脂肪族部分更靠近硅酸盐表面。在系统进入下一个更高层状模式之前，对于最大表面活性剂链长，反式构象比 gauche 构象更受青睐。内部层间压力决定了有机黏土的 d - 间距。分子动力学模拟与堆叠层间烷基链的实验 XRD 数据和傅里叶变换红外光谱（FTIR）结果吻合较好，但与倾斜石蜡缔合情况不符。

聚合物黏土纳米复合材料具有良好的力学性能。例如，质量分数仅为 5% 的尼龙 - 6 层状硅酸盐纳米复合材料，其拉伸强度提高 40%，拉伸模量提高 68%，弯曲强度提高 60