蒙脱土的有机改性及其在纳米复合材料和聚合物电解质中的应用

用量〉蒙脱土/水（固液比）〉反应时间〉反应温度〉PH值。季铵盐用量对蒙脱土的晶面间距的影响最大，也就是对蒙脱土的层状结构的影响最大。研究也表面季铵阳离子取代剂的长度对蒙脱土的层状结构的影响也很大，文献[12]通过实验和模型预测了碳数≤12的季铵阳离子在蒙脱土层间是假双层结构，因而层间距离相对较小。取代基较长的表面活性剂对促进形成片状脱落的插层结构很有利，因为它们使聚合物分子插入狭窄的层状空间的熵值减小很多[13]。但是碳数多的季铵离子不一定都能使层间距增大，如用二十八烷基二甲基氯化铵改性的粘土的层间距就未有明显变化，这可能是由于一个2C18含有2个长碳链，且呈V型结构，扩散困难，因而很难进入层间[14]。
　　有机蒙脱土的含量一般为纳米复合材料的0%-10%，如果有机蒙脱土的含量过高会形成团聚体，有时会形成一种超晶格结构影响纳米复合材料的性能。
　　有机改性粘土的有机阳离子含双键的比不含双键的有利于形成片状剥落的纳米复合材料[15,16]，这是由于插层单体（有机物单体）与有机阳离子的共聚合可能会逐渐推动层分离，导致粘土层的片状剥落。Fu[17]等在制备聚苯乙烯/粘土纳米复合材料时用一个含苯乙烯基团的表面活性剂，除了动力学的驱动力之外，有机阳离子与苯乙烯结构的相似性也可能是形成一个很强的插层结构并导致粘土层的进一步溶胀的原因。
　　早在1999年K. G. Fournaris[18]等在不同条件下制备了粘土-聚乙烯基吡啶纳米复合材料，并用吸收等温线说明在不同条件所得不同形式的聚乙烯基吡啶表面活性剂的表面饱和覆盖盖度的顺序为：部分质子化的聚-4-乙烯基吡啶〉季铵离子化的形式〉完全质子化的聚-4-乙烯基吡啶。电化学研究的结果表面在粘土层发生插入聚合的只有季铵化的形式。Mary Kurian[13]等用实验证实了表面活性剂覆盖度和表面活性剂的长度是影响纳米复合材料形态的两个主要因素，可以协调这两个因素以使粘土层分裂，这两个因素相互关联很难说那个因素更重要。
　　聚合物/粘土纳米复合材料的层状结构不至于有机蒙脱土的结构和用量有关，与制备方法也有关。Paulo Meneghetti[4]等分别用原位聚合法和乳液聚合法制备了PMMA-粘土纳米复合材料，用10%的有机蒙脱土通过乳液聚合法得到的是部分片状剥落的纳米复合材料，而用原位聚合物法得到的是插层结构的纳米复合材料。Dongyan Wang[19]等对比了分别用本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合和溶解混合法所制备的聚苯乙烯和PMMA-粘土纳米复合材料的层状结构的不同。在有机蒙脱土含聚苯乙烯结构和不含聚苯乙烯结构的条件下，MMA和苯乙烯的溶液聚合都只能产生插层结构。而用乳液聚合、悬浮聚合和本体聚合都能产生片状剥落或插层的纳米复合材料。
　　三、聚合物-粘土纳米复合材料凝胶聚合物电解质及其导电机理：
　　聚合物-粘土纳米复合材料聚合物电解质体系一般是由有机聚合物或单体，有机蒙脱土，增塑剂（也做溶剂），锂盐组成的。其导电机理为：粘土是带负电荷的在这个体系中做为路易斯碱与锂盐的Li+发生静电相互作用，促进锂盐中Li+与阴离子的分裂，使体系中自由迁移的离子数增加，电导率提高。同时锂盐中的Li+也可能与聚合物基团中的C=O或醚氧基团相互作用促进锂盐的分裂，但是这种相互作用在有的体系中很小从FTIR中几乎看不到[20]。加入粘土使聚合物链变得无定形也使电导率增加。加入非传导性的增塑剂会使聚合物变得无定形，同时使锂盐不易重结晶，增加了许多自由的电荷载体Li+,这对导电性的增加是有利的。但是增塑剂在使聚合物电解质电导率提高的同时也使聚合物的机械性能减弱，严重的情况下会引起短路，所以增塑剂的含量不易过大。分散到电解质中的粘土在使聚合物变得无定形增加电导率的同时也使延长了Li+运动的通道，成为Li+迁移的障碍，所以有的聚合物电解质体系在加入粘土后的电导率并不比布家粘土时的高[21]。
　　用有机粘土所制备的聚合物电解质一般都是凝胶聚合物电解质，这是由于在搅拌或用超声波振荡制备纳米复合材料时，单体/粘土混合物的粘性一直增加，粘土团聚体分裂形成了网状结构，有凝胶形成[2]。凝胶聚合物电解质表现出来的是液态电解质的电导率而不是固态聚合物电解质的电导率。
　　这种纳米复合材料聚合物电解质所用的有机聚合物一般都是含有极性的物质，如聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）(PVDF-HFP)[22]、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）[20]、聚丙烯腈（PAN）[21]、聚环氧乙烷（PEO）[23]等。含聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的聚合物电解质已经被用于二级锂电池中。
　　这些聚合物电解质所用的增塑剂一般都是碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯（PC）。有时只用其中的一种增塑剂，例如H.chen[24]等只用EC做增塑剂制备了PMMA/LiClO4(25)/EC(75)的聚合物电解质。所用的导电性的盐一般是锂盐，也有的用钠盐[25]。
　　参考文献：
　　[1] 陈 艳，杨 劲,祝琳华 膨润土的有机改性及其在纳米复合材料制备中的应用2006-10-8；
　　[2] Changchun Zeng and L. James Lee* Macromolecules 2001, 34, p4098-4103；
　　[3] J. J. Hwang* and H. J. Liu Macromolecules 2002, 35,p 7314-7319；
　　[4] Paulo Meneghetti, Syed Qutubuddin∗ Thermochimica Acta 442 (2006) p74–77；
　　[5]Yeh,Jui-Ming;Liou,Shir-Joe;Lu,Hsin-Jung;Huang,His-Ya. Journal of Applied Polymer Science, v 9

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