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聚丙烯酰胺/不同黏土系高吸水性复合材料的合成、表征及力学性能的研究 Junping Zhang a,b， Aiqin Wang a,* （兰州物理化学研究所中心的生态材料与绿色化学，中国科学院兰州730000，中华人民共和国中国科学院研究所研究生院，中华人民共和国，北京100049 ） 摘要 一系列由黏土和丙烯酰胺聚合的高吸水性复合材料,比如凹凸棒土，高龄土，云母，蛭石和Na+蒙脱土，溶于自由水分子聚合,以N`,N`-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，然后与氢氧化钠溶液反应。在这篇文章中，高吸水性复合材料和各种各样的黏土的反应机制和热稳定性将分别用FTIR, XRD 和TGA表征。也将研究和比较黏土性质和含量对这些复合材料吸水率的平衡的影响。另外，还将研究黏土性质对聚丙烯酰胺/黏土高吸水性复合材料综合溶胀性能的影响。结果表明加入黏土会影响制得的高吸水性材料的物理化学性质。同其他的黏土相比，云母可以最大程度的改善与其相似的高吸水性复合材料的热稳定性。聚丙烯酰胺/黏土系高吸水性复合材料吸收10 wt%的各种各样性质的黏土，其吸水率高达1300g/g-1。吸水率会随着粘土含量的增加而减小并且和粘土的性质密切相关。凹凸棒土系高吸水性复合材料在单化合价阴离子型盐溶液中具有更高的吸水性，然而，蛭石系和高岭土系分别在CaCl2和 FeCl3水溶液中具有你更高的吸水性。而且，含有Na+-蒙脱石的高吸水性缝合材料具有更高的溶胀速度，掺有云母的高吸水性复合材料具有更高的反复溶胀的能力）. 关键字：高吸水性复合材料 黏土性质 吸水率 1.前言 超吸水剂是吸水聚合物的交联网络，它可以溶胀，吸水和保持大量的水或其他生物液体。自从1961年美国农业部报道的第一个超吸水性材料开始，人们做了很多努力来改善它们的性能因为它们的性能要优于传统的吸水性材料（比如海绵，棉花和纸浆等），它们被广泛的应用于许多领域（比如，卫生产品，园艺学，热合，药物释放体系和煤炭脱水等）。 在聚合物的科学研究中，聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料多次显示出能显著改善机械的和原料的特性（比如一个高模数，增强强度，热阻，减弱气体渗透和易燃，而且加快可降解生物材料聚合物的降解）和吸附性能）。在超吸水性领域，人们最近极其关注层状硅酸盐制备超吸水性复合材料。黏土类，比如高岭土，蒙脱土，凹凸棒土，云母，斑土等全部被用来制作超吸水性材料。这些矿物粉末的加入不仅能够降低产品成本，还可以改善超吸水性材料的性质（比如，力学性能，凝胶强度，机械性能和热稳定性）和加速新一代材料的特殊应用。然而，很多文献都报道了引入黏土在改善吸水性，热稳定性和凝胶强度等方面的影响。而目前为止，很少有关于黏土性质对相关的高吸水性复合材料的影响的报道。事实上，选择黏土的种类对制备高吸水性材料用于某种特定的实际应用对研究者来说是极其重要的，这十分需要研究。基于我们以前关于黏土系高吸水性复合材料的研究工作。 选择加入五种类型的相似的黏土包括凹凸棒土，高岭土，云母，蛭石和Na+-蒙脱土在这项研究中，研究粘土种类对反应机理，热稳定性，平衡吸水性，力学强度和其他力学性能的影响。） 丙烯酰胺（分析纯，上海化工厂，上海，中国）从笨里再结晶提纯，过硫酸铵为引发剂，由西安化学试剂工厂提供（西安，中国）， N`,N`-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，由上海化学试剂公司提供（上海，中国），凹凸棒土粉末由Mingmei Mineral Co.提供（安徽，中国）， 高岭土，云母，蛭石均由Longyan clay Co.提供（福建，中国））， Na+-蒙脱土由Longfeng Montmorillonite Co提供（山东，中国）） 其他助剂都是分析纯，所有的溶液均由蒸馏水配制。这些粘土的化学式及阳离子的交换容量如表1所示。 (mmol/100 g1) 凹凸棒土 Mg5Si8O20(OH)2(OH)4·4H2O 28.2 高岭土 Al4[Si4O10](OH)8 4.7 云母 KAl2[AlSi3O10](OH)2 68.5 蛭石 (Mg,Fe,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2 ·4H2O 124.7 Na+-蒙脱土 (1/2Ca,Na)0.7(Al,Mg,Fe)4(Si,Al)8O20(OH)4 102.8 2.2聚丙烯酰胺/黏土高吸水性复合材料制备 按照以下步骤，将加入一系列不同种类和含量的黏土粉末的高吸水性复合材料聚合。称取15.3 mg MBA和7.10 g AM溶于20.0 ml蒸馏水中,配置一个搅拌器,一个回流冷凝器,一个温度计和一个氮气罐。搅拌混合物直到MBA完全溶解，然后加入适当量的黏土到混合好的溶液中。通氮气30 分钟以除去溶于溶液中的氧，逐渐加热混合溶液到40°C然后加入40.5 mg