制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料常用的层状硅酸盐都属于同一类——2∶1层状硅酸盐。其晶体是由层片组成的，层片是由一片铝氧八面体夹在两片硅氧四面体之间，靠共用氧原子而形成层状结构。层片厚在1nm左右，横向尺寸一般为30nm到数微米，甚至更大，取决于使用的层状硅酸盐。蒙脱土、蒙脱石和皂石是最常用的层状硅酸盐。层状硅酸盐有两种结构：四面体替代的和八面体替代的。如果是四面体替代的层状硅酸盐，负电荷在硅酸盐表面，这样，与八面体替代的相比，聚合物基体会很容易与四面体替代的反应。这种层状硅酸盐的结构见图1-4。常用的2∶1层状硅酸盐的化学结构式和特征参数见表1-10。
表1-10 常用的2∶1层状硅酸盐的化学结构式和特征参数
注：x为同构替代的程度（0.5～1.3）。表面电荷被称为阳离子交换容量（CEC），一般表示为毫当量/100g（mequiv/100g）。
层状硅酸盐有两个特殊性能，在制备聚合物基纳米复合材料时一般都要考虑，一个是硅酸盐颗粒分散到各个层中的能力，另一个是通过有机与无机离子间的离子交换反应进行表面化学改性的能力。这两个特性是相互关联的，因为层状硅酸盐在某一聚合物基体中的分散程度取决于层间电荷。
未经处理的层状硅酸盐一般含有水合Na+或者是K+离子。很显然，未经处理时，层状硅酸盐只与亲水性聚合物相容，如聚氧乙烯（PEO）、PVA等。为了使层状硅酸盐与可生物降解聚合物基体相容，必须将通常的亲水性硅酸盐表面变成亲油性的，进而使大量的可生物降解聚合物进行插层。一般来说，通过与阳离子表面活性剂，如一元、二元、三元和四元烷基铵、烷基磷离子等进行离子交换反应就能做到。有机硅酸盐中的烷基铵离子或者是烷基磷离子能降低无机硅酸盐的表面能，提高聚合物基体的润湿性。此外，它们还有与聚合物基体反应的功能性基团，有时能引发单体聚合，改善无机材料与聚合物基体之间的黏结性。表1-11、1-12给出了一些黏土及其不同处理方法和表面改性剂的物理性能。表1-13给出了黏土所用表面改性剂的化学结构。
图1-4 层状硅酸盐的结构
a）2∶1结构的层状硅酸盐 b）MMT的三维晶体图像
表1-11 商业化有机改性层状硅酸盐的物理性能
（续）(www.xing528.com)
注：来源于美国Southern Clay Products公司。
表1-12 商业化有机改性层状硅酸盐
注：来源于美国Nanocor公司。
表1-13 黏土改性常用表面改性剂的化学结构
（续）
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