有机化蒙脱土的结构分析

如图2-3所示为钠基蒙脱土及三种OMMT的FT-IR图。从图中可以看出，天然蒙脱土中3628cm-1处为蒙脱土片层上羟基—OH的伸缩振动吸收峰，3445cm-1处为蒙脱土片层间吸附水的伸缩振动峰，1638cm-1 处为蒙脱土层间结晶水的羟基弯曲振动峰，同时，1042cm-1 处的强烈吸收峰是Si—O—Si 的骨架振动吸收峰，400~600cm-1处的峰为蒙脱土中硅氧四面体和铝氧八面体的内部振动吸收峰。而蒙脱土经过有机改性剂处理后，除了蒙脱土一些固有的特征峰以外，出现了一些新的吸收峰。如图2-3 所示，2917cm-1 和2850cm-1 处的峰可分别归为亚甲基上C—H的不对称伸缩振动吸收峰和对称伸缩振动吸收峰，1466cm-1处的峰归为亚甲基上C—H的剪切振动吸收峰，而722cm-1处是亚甲基的特征吸收峰。除此之外，有机蒙脱土的其他峰与Na-MMT一致。同时，还可以观察到，OMMT的羟基峰的强度一定程度上弱于Na-MMT，在Bz-MMT和CTAB-MMT上更为明显，这可以解释为有机改性剂的修饰改性使蒙脱土产生疏水效果并减少了羟基的相互作用。还可以观察到SDBS-MMT中的1466cm-1及722cm-1处的吸收峰并不明显，其可以归结为SDBS改性蒙脱土较难，吸附及插层的SDBS含量较少。通过红外光谱分析可以得出，有机改性剂已经成功地对蒙脱土进行有机化改性。

红外光谱分析只能确定有机蒙脱土上的官能团，并不能确定有机改性剂是否已经插层进入蒙脱土层间还是表面吸附。而利用XRD 对蒙脱土及有机蒙脱土层间结构进行测试分析，并根据Bragg公式计算得出蒙脱土层间距离。

式中：d为蒙脱土层间距离（nm）；θ为半衍射角（°）；n为衍射等级（001）；λ为入射X射线波长（λ=0.154nm）。

蒙脱土及有机蒙脱土的XRD 曲线如图2-4 所示。由图可知，原始Na-MMT 对应于（001）面的衍射角为7.1°，其对应的层间距d001=1.2nm，而有机蒙脱土的衍射峰均向小角度移动。其中，CTAB-MMT（001）面的衍射角减小到2.4°，其对应的层间距d001=3.62nm，同时，其XRD 图上呈现出第二级（002）面的衍射峰（4.7°），这表明有较多的CTAB 有机改性剂插层进入蒙脱土片层之间，其分子链在片层之间形成一个多相排列模型，CTAB有机改性剂的分子链呈现倾斜单层排列和平铺双层排列的混合相[65-66, 70-71]。同时，Bz-MMT（001）面的衍射角减小为2.7°，其对应的层间距d001扩大到3.26nm，同时，其第二级（002）面的衍射峰（5.4°）也出现，这表明也有较多的Bz有机改性剂插层进入蒙脱土片层之间形成一个多相排列模型，Bz有机改性剂的分子链呈现为平铺双层排列和平铺单层排列的混合相，Bz有机改性剂平铺双层排列即可以获得较大的层间距是因其两条长十六烷基链具有较大的空间距离[126-128]。而SDBS-MMT（001）面的衍射角只减小到6.1°，其对应的层间距d001=1.45nm，并且没有第二级衍射峰出现，这表明SDBS插层进入蒙脱土层间呈现平铺单层排列的模型[129-130]。一般认为[70]，蒙脱土的阳离子交换达到一定程度后，其层间距会扩大到一定距离，使有机改性剂分子链在片层间有足够的空间调整排列，从而变得更加规则有序，因此，除（001）面的衍射主峰以外，会有更小有序尺寸的大角度次级衍射峰出现。这表明CTAB及Bz有机改性剂在蒙脱土层间排列十分规则有序。(www.xing528.com)

图2-3　Na-MMT及OMMT的FT-IR图谱

图2-4　Na-MMT及OMMT的XRD图谱

由图2-4可知，三种有机蒙脱土的层间距都明显大于原始Na-MMT的层间距。结合前面FT-IR的分析，可以得出有机改性剂已经成功插层改性Na-MMT。除此之外，插层改性修饰可有效提高Na-MMT的疏水性，从而改善蒙脱土表面与聚合物基质的亲和性，同时，层间距的增大，也使聚合物与蒙脱土熔融共混时其大分子链更容易进入蒙脱土层间，从而让蒙脱土片层发生部分或完全剥离。从蒙脱土层间距增加的情况来看，CTAB-MMT的层间距稍大于Bz-MMT的层间距，但两者的层间距都远远大于SDBS-MMT，即CTAB的改性蒙脱土的效果相对较好，Bz的效果相对次之，SDBS的改性效果相对较差。