周 萍，李 明，武元鵬

(1. 西南石油大學(xué) 新能源與材料學(xué)院，成都 610500； 2. 西南石油大學(xué) 油氣田工作液功能材料研究中心，成都 610500)

0 引 言

納米復(fù)合材料指的是分散相尺寸至少有一種小于100 nm的復(fù)合材料[1]。因其復(fù)合尺寸比一般宏觀復(fù)合材料小得多，該材料為制備高性能新材料提供了新途徑[2]。聚合物可根據(jù)性能需求對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有可調(diào)控性；膨潤(rùn)土是具有片層結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽礦產(chǎn)，若把單體或聚合物插入膨潤(rùn)土層間實(shí)現(xiàn)有機(jī)高分子與無(wú)機(jī)硅鋁酸鹽在納米尺度上的復(fù)合，將形成聚合物基納米復(fù)合材料[3]。聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性及吸附性，還具有較好的熱穩(wěn)定性及阻隔性能，成為功能材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，也為解決水溶性聚合物耐高溫能力差的問(wèn)題提供了新的思路和途徑。對(duì)聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料的制備方法、復(fù)合機(jī)理、構(gòu)效關(guān)系及應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)該材料未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望。

1 制備方法及復(fù)合機(jī)理

1.1 結(jié)構(gòu)特征

1.1.1 膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)特征

膨潤(rùn)土主要由蒙脫石組成，是一種水化硅酸鋁或鋁硅酸鹽礦物，其化學(xué)式為(Al,Mg)2·(OH)2(Si,Al)4O10(Ca)x·nH2O[4-5]；其晶體結(jié)構(gòu)屬于單斜晶系，由結(jié)構(gòu)單元層和層間域組成。晶體結(jié)構(gòu)單元層為2∶1TOT型，如圖1所示[6- 7]。其中T為硅氧四面體片層，O為鋁氧八面體片層，沿X軸和Y軸方向延伸；兩片層以共用的氧原子連接，沿Z軸方向疊置，形成片層結(jié)構(gòu)，增大了比表面積。結(jié)構(gòu)單元層之間的空隙稱(chēng)為層間域，可作為反應(yīng)場(chǎng)所，進(jìn)行離子交換。膨潤(rùn)土由此具有優(yōu)良的催化性能和吸附性能，常用于污水凈化領(lǐng)域[7]。若根據(jù)膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)特性，對(duì)其進(jìn)行改性，實(shí)現(xiàn)與聚合物的納米復(fù)合，膨潤(rùn)土的性能得到改善，應(yīng)用領(lǐng)域也將拓寬。

1.1.2 聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)類(lèi)型

聚合物/膨潤(rùn)土復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)可分為普通復(fù)合結(jié)構(gòu)、插層結(jié)構(gòu)、剝離結(jié)構(gòu)3種類(lèi)型，其中插層結(jié)構(gòu)和剝離結(jié)構(gòu)形成納米級(jí)的復(fù)合，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示[8]。圖中粗直線代表片層狀的膨潤(rùn)土，細(xì)曲線代表聚合物。這3種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于：(1)普通復(fù)合結(jié)構(gòu)中，聚合物與膨潤(rùn)土以相界面形式存在，對(duì)物理性能的改變不大[9]；(2)插層結(jié)構(gòu)是單體或聚合物進(jìn)入到膨潤(rùn)土層間，但未破壞膨潤(rùn)土的片層結(jié)構(gòu)，只增大其層間距。該類(lèi)材料可作為各向異性的功能材料；(3)當(dāng)膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)單元層不再疊置，而是無(wú)規(guī)則的分散在聚合物基體中，則形成剝離結(jié)構(gòu)。該類(lèi)材料可作為強(qiáng)增韌材料[10-12]。由于插層型和剝離型結(jié)構(gòu)的根本差異在于膨潤(rùn)土層間距的變化，因此，可采用XRD或TEM測(cè)試手段對(duì)納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。

圖1 三維蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)[7]Fig 1 Three-dimensional crystal structure of montmorillonite[7]

圖2 聚合物/膨潤(rùn)土存在結(jié)構(gòu) (a)相界面；(b)插層結(jié)構(gòu)；(c)剝離結(jié)構(gòu)[8]Fig 2 Polymer/bentonite structure[8]

1.2 制備方法

聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料的制備方法有插層聚合法和聚合物插層法：(1)插層聚合法即先插層再聚合，將單體分散于膨潤(rùn)土層間域后，在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行聚合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)聚合物與膨潤(rùn)土的納米復(fù)合；(2)聚合物插層法即先聚合再插層，聚合物在溶液或熔體狀態(tài)下直接與膨潤(rùn)土混合，利用化學(xué)或熱力學(xué)作用實(shí)現(xiàn)納米復(fù)合。根據(jù)聚合物的狀態(tài)又可分為溶液插層法和熔融插層法。

1.2.1 插層聚合法

1987年，有學(xué)者采用插層聚合法成功制備了尼龍6/蒙脫石納米復(fù)合材料，大大提高了尼龍6的力學(xué)性能[13]，由此吸引眾多學(xué)者展開(kāi)對(duì)此法的研究。A. Romo-Uribe等[14]以膨潤(rùn)土為原料，丙烯酸丁酯BA、甲基丙烯酸甲酯MMA、丙烯酸AA為單體，采用插層聚合法合成了P(BA-MMA-AA)/膨潤(rùn)土納米復(fù)合涂料，聚合物插層進(jìn)入膨潤(rùn)土的過(guò)程如圖3所示。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為插層結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理主要有兩方面：(1)膨潤(rùn)土具有親水性，當(dāng)膨潤(rùn)土分散于水性介質(zhì)中時(shí)，會(huì)形成納米乳液或分散的納米相；(2)單體的溶解度不一致，溶解度低的單體會(huì)沉積形成聚合反應(yīng)的位點(diǎn)，溶解度高的單體會(huì)分散在水相中，攜帶膨潤(rùn)土在位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)。隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行，聚合物鏈進(jìn)入膨潤(rùn)土片層，形成納米復(fù)合材料。

圖3 聚丙烯酸大分子嵌入納米粘土的示意圖[14]Fig 3 Schematic diagram of polyacrylic acid macromolecules embedded in nanoclay[14]

為更好實(shí)現(xiàn)膨潤(rùn)土與聚合物的納米復(fù)合，可對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行化學(xué)改性。Souad Kadi等[15]以十六烷基三甲基氯化銨(HDTMA)對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，通過(guò)插層聚合法成功制備了聚(甲基丙烯酸乙酯-丙烯腈)/改性膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料(PEAMN20)。Essomba Jean Serge等[16]采用插層聚合法制備了以十六烷基三甲基溴化銨改性膨潤(rùn)土為基料的聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸)/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料，其XRD及TEM測(cè)試結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明該復(fù)合材料形成插層或剝離結(jié)構(gòu)。但是，由于插層聚合法難以控制反應(yīng)進(jìn)程，且實(shí)驗(yàn)條件嚴(yán)苛，難以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

圖4 (a)原膨潤(rùn)土、鈉基膨潤(rùn)土、ctab-膨潤(rùn)土、純共聚物[E-0]和膨潤(rùn)土/聚合物納米復(fù)合材料[E-1-E-5]的XRD圖;(b)粘土/聚合物納米復(fù)合材料(E-1[A,B]，E-5[C,D])的HR-TEM圖[16]Fig 4 XRD patterns of original bentonite, sodium bentonite, ctab-bentonite, pure copolymer [E-0], bentonite/polymer nanocomposite [E-1-E-5], and HR-TEM image of clay/polymer nanocomposite material (E-1[A,B], E-5[C,D])[16]

1.2.2 溶液插層法

溶液插層法是將膨潤(rùn)土分散在含聚合物的溶劑中，借助溶劑的作用使聚合物進(jìn)入膨潤(rùn)土層間，然后通過(guò)蒸發(fā)或蒸餾除去溶劑，得到納米復(fù)合材料。

Sungho Kim[17]證實(shí)了溶液插層法制備聚丙烯酰胺/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料的可行性，并探究了膨潤(rùn)土含量、聚合物分子量、pH值、膨潤(rùn)土-聚合物體積比等因素對(duì)插層結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明膨潤(rùn)土-聚合物體積比是影響插層結(jié)構(gòu)的首要因素。王愛(ài)民等[18]采用溶液插層法成功制備聚丙烯酰胺CPAM/膨潤(rùn)土復(fù)合材料，該團(tuán)隊(duì)先用十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)對(duì)鈉基膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，增大其層間距，再用CPAM將CTMAB陽(yáng)離子從膨潤(rùn)土層間置換出來(lái)，最終獲得所需插層結(jié)構(gòu)，其插層機(jī)理圖如圖5所示。經(jīng)過(guò)CTMAB有機(jī)改性后，由于在層間引入了大分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)陽(yáng)離子，擴(kuò)大了層間域的儲(chǔ)容空間，從而增強(qiáng)了膨潤(rùn)土的吸附能力。采用CPAM將CTMAB從膨潤(rùn)土層間置換出來(lái)之后，層間距進(jìn)一步增大，吸附表面積增大。

經(jīng)過(guò)學(xué)者的長(zhǎng)期探索，聚氨酯、聚酰亞胺、聚氧化乙烯、酚酞側(cè)基聚醚酮、殼聚糖等[19-21]都可采用此法實(shí)現(xiàn)與膨潤(rùn)土的納米復(fù)合，溶液插層法常用水作為溶劑，此外，還可用氯仿、乙腈等[22]作為溶劑。M.A. Betiha等[22]以甲苯為溶劑，成功制備了聚(十八烷基丙烯酸酯-1-乙烯基十二酸酯)/改性膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料。其XRD和TEM結(jié)果如圖6、7所示。測(cè)試證明所得納米復(fù)合材料存在插層或剝離結(jié)構(gòu)。對(duì)于大多數(shù)聚合物來(lái)說(shuō)，可能沒(méi)有合適的溶劑能同時(shí)溶解聚合物和膨潤(rùn)土，因此溶液插層技術(shù)有局限性；另外，某些有機(jī)溶劑可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，該法也極少用于工業(yè)生產(chǎn)。

圖5 插層機(jī)理圖[18]Fig 5 Intercalation mechanism diagram[18]

圖6 XRD圖 (a) VTOP和VTOP-BT;(b)0.5%-3%VTOP-BT-PODA-VL(1∶1)納米復(fù)合材料[22]Fig 6 XRD patterns of nanocomposite[22]

1.2.3 熔融插層法

熔融插層法是將膨潤(rùn)土與熔融態(tài)聚合物共混，使聚合物在剪切力的作用下直接進(jìn)入膨潤(rùn)土層間。美國(guó)Conell大學(xué)的Giannelis團(tuán)隊(duì)[23-24]最先采用熔融插層法制備膨潤(rùn)土插層材料，由于該方法不需要溶劑，操作簡(jiǎn)單，受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注。該方法已成為制備聚丙烯/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料最常見(jiàn)和最經(jīng)濟(jì)的方法[25]。

圖7 0.5%VTOP-BT-PODA-VL(1∶1); 1%VTOP-BT-PODA-VL(1∶1)和3%VTOP-BT-PODA-VL(1∶1)納米復(fù)合材料的HRTEM圖[22]Fig 7 HRTEM image of nanocomposite:0.5% VTOP-BT-PODA-VL (1∶1); 1% VTOP-BT-PODA-VL (1∶1) and 3% VTOP-BT-PODA-VL (1∶1)[22]

Patrícia Liborio等[25]采用該法成功制備了聚丙烯/改性膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料，以三乙基鋁(TEA)、TEA和銨鹽、甲基氧化鋁(MAO)作為改性劑，改性后的膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)如圖8所示。以用于汽車(chē)工業(yè)的HP550K和用于包裝的HHP516M聚丙烯作為原料，在Haake微型擠出機(jī)中進(jìn)行膨潤(rùn)土與聚丙烯的混合以獲得復(fù)合材料。該團(tuán)隊(duì)對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行表征，其XRD測(cè)試結(jié)果如圖9所示。圖9(a)說(shuō)明膨潤(rùn)土經(jīng)改性劑改性后，層間距增大；圖9(b)說(shuō)明采用HP516M所得到的復(fù)合材料形成了剝離型結(jié)構(gòu)；圖9(c)說(shuō)明HP550K聚丙烯成功插入膨潤(rùn)土片層間。TEM測(cè)試結(jié)果佐證了XRD的分析，其測(cè)試結(jié)果如圖10所示，說(shuō)明所制備的納米復(fù)合材料具有插層或剝離形態(tài)。

熔融插層法可以在密煉機(jī)、單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)等設(shè)備中直接進(jìn)行，該方法也不需要大量溶劑，對(duì)環(huán)境友好，所以該方法最具有工業(yè)生產(chǎn)前景。

圖8 改性后膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)(a)TEA改性；(b)TEA和銨鹽改性；(c)MAO改性[25]Fig 8 The structure of modified bentonite[25]

圖9 所得產(chǎn)物的XRD圖(a)不同改性劑處理后的膨潤(rùn)土；(b)HP516M所制備復(fù)合材料；(c) HP550K所制備的復(fù)合材料[25]Fig 9 XRD patterns of the product[25]

圖10 復(fù)合材料的TEM圖[25]Fig 10 TEM images of composite materials[25]

1.3 聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料的機(jī)理研究

1.3.1 熱力學(xué)分析

聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料的制備機(jī)理可以從熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力著手，聚合物能否進(jìn)入膨潤(rùn)土層間域，取決于自由能的變化(ΔG)是否小于0，若ΔG<0，則可自發(fā)進(jìn)行[2]。對(duì)于等溫過(guò)程，ΔG=ΔH-TΔS，要使ΔG<0，則需ΔH0；或ΔH

1.3.2 動(dòng)力學(xué)分析

從動(dòng)力學(xué)角度分析，聚合物進(jìn)入膨潤(rùn)土層間域是“蠕動(dòng)”式的，先與邊緣的離子發(fā)生交換，然后逐步與內(nèi)層的離子發(fā)生交換，最終進(jìn)入層間域。膨潤(rùn)土的邊緣離子分布比較集中、表面活化性能較高，能優(yōu)先于聚合物反應(yīng)。根據(jù)這一原則，聚合物的極性越大或親水性越強(qiáng)，有機(jī)膨潤(rùn)土的功能化基團(tuán)越短，越有利于插層。Richard A. Vaia等[26]早在1995年就研究了聚合物熔體在膨潤(rùn)土中的插層動(dòng)力學(xué)，結(jié)果表明插層形成的活化能與之前測(cè)量的聚苯乙烯在熔體中自擴(kuò)散的活化能相似，說(shuō)明聚苯乙烯熔體在有機(jī)改性膨潤(rùn)土中的插層不受膨潤(rùn)土片層的具體限制。

2 性能與應(yīng)用

2.1 環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域

由于聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料具有比表面積大及陽(yáng)離子交換容量高的優(yōu)點(diǎn)，可以作為吸附劑用于去除環(huán)境中的有毒物質(zhì)以減少土壤、水和空氣中的污染物，尤其多用于吸附廢水中的雜質(zhì)及有害物質(zhì)。

T.S.Anirudhan等[27]通過(guò)插層聚合法將腐植酸固定在聚丙烯酰胺/膨潤(rùn)土上，得到產(chǎn)物(HA-Am-PAA-B)，研究該產(chǎn)物對(duì)廢水中Cu2+的吸附效果。不同溫度下吸附等溫線如圖11所示，隨著平衡濃度的增加，HA-Am-PAA-B對(duì)Cu2+的吸附量急劇增加，在低濃度區(qū)域，結(jié)合位點(diǎn)對(duì)Cu2+的親和力較高，在高濃度區(qū)域，活性位點(diǎn)幾乎被完全利用，吸附量趨于平衡。通過(guò)解析再生研究可以探究吸附劑的可循環(huán)性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖12所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該吸附劑可連續(xù)循環(huán)4次。另外，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為該吸附劑的吸附機(jī)理是由于羧基和酚基與金屬離子之間存在靜電相互作用。

圖11 不同溫度下復(fù)合材料的吸附等溫線(a)20 ℃；(b)30 ℃；(c)40 ℃；(d)50 ℃[27]Fig 11 Adsorption isotherms of composite materials at different temperatures[27]

圖12 以0.1 mol/L HCl為解吸劑，對(duì)Cu(Ⅱ)進(jìn)行的4次循環(huán)吸附-解吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果[27]Fig 12 The results of 4 cycles of adsorption-desorption experiment on Cu(Ⅱ) with 0.1 mol/L HCl as the desorbent[27]

為去除水中的腐植酸，M.S. Seshasayee[28]以十二烷基硫酸鈉為表面活性劑，N-甲基-2-吡咯烷(NMP)為溶劑，聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯砜(PPSU)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚砜(PSF)、膨潤(rùn)土為原料制備了新型納米復(fù)合膜，并比較了該復(fù)合膜與商用膜在純水通量、滲透通量和腐植酸截留率方面的差異，結(jié)果表明，該膜可顯著降低腐植酸的污染，在水凈化領(lǐng)域具有廣闊前景。

Da Silva等[29]以膨潤(rùn)土和殼聚糖為原料，采用微波輔助的方法制備了陽(yáng)離子交換量CEC為50%、100%、200%、300%的納米復(fù)合材料，并測(cè)試了該材料對(duì)水溶液中活性紫5R染料的吸附性能。根據(jù)XRD測(cè)試結(jié)果，考慮到膨潤(rùn)土片層厚度(約0.96 nm)和殼聚糖層的厚度(約0.38 nm)，所制得的納米復(fù)合材料有如圖13所示3種結(jié)構(gòu)：50%CEC加量的殼聚糖為單層結(jié)構(gòu)，100%、200%CEC加量下獲得雙層結(jié)構(gòu)，300%加量下單層結(jié)構(gòu)與雙層結(jié)構(gòu)共存。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)實(shí)驗(yàn)所得納米復(fù)合材料進(jìn)行吸附測(cè)試，其吸附結(jié)果如圖14所示。吸附等溫線表明，該納米復(fù)合材料對(duì)5R的最大吸附量隨著殼聚糖加量的增加而增加。50%CEC加量下最大吸附量為98.00 mg/g，100%CEC加量下最大吸附量為207.71 mg/g，200%CEC加量下最大吸附量為250.00 mg/g，300%CEC加量下最大吸附量為282.01 mg/g。其吸附量高于有機(jī)改性膨潤(rùn)土和多孔粘土異質(zhì)結(jié)構(gòu)[30-32]。另外，300%CEC加量下納米復(fù)合材料的重復(fù)性使用實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖15所示。結(jié)果表明，連續(xù)兩次循環(huán)后，染料去除率分別為90%和87%，其吸附量下降的原因是納米復(fù)合材料中殼聚糖的NH3+基團(tuán)在堿性溶液中被脫質(zhì)子化，與染料分子之間的靜電作用減弱[33]

表1 聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料在環(huán)境治理領(lǐng)域研究Table 1 Research on polymer/bentonite nanocomposites in the field of environmental governance

圖13 插層結(jié)構(gòu)(a)單層排列；(b)雙層排列[29]Fig 13 Intercalation structure[29]

圖14 復(fù)合材料吸附等溫線(a)Na+-Bent/CS-50%；(b) Na+-Bent/CS-100%；(c) Na+-Bent/CS-200%；(d) Na+-Bent/CS-300%[29]Fig 14 Adsorption isotherm of composite material[29]

圖15 Na+-Bent/CS-300%的重復(fù)使用試驗(yàn)結(jié)果[29]Fig 15 Na+-Bent/CS-300% repeated use test results[29]

聚合物插層膨潤(rùn)土因其生態(tài)友好，成本效益高，可用性好等特點(diǎn)，在環(huán)境治理領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注。表1列舉了主要研究學(xué)者在此方面的工作[34-45]。

2.2 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

由于聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料具有良好的尺寸穩(wěn)定性，在藥學(xué)領(lǐng)域也取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。Anurakshee Verma等[46]制備了聚鄰甲苯胺-鄰甲苯胺(PAnis-POT)/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料，以作為抗結(jié)核藥物利福平(RIF)的緩釋藥物載體。將利福平(RIF)裝入納米復(fù)合材料中，研究其在胃液(pH1.2)和腸道液(pH7.4)中的釋放情況，結(jié)果表明該復(fù)合材料具有良好的緩釋性能。

Dilshad Qureshi[47]以聚乙烯醇(PVA)、羅角果膠(TG)及膨潤(rùn)土為原料，制備了PVA/TG/膨潤(rùn)土復(fù)合薄膜，用于藥物傳遞。進(jìn)行體外藥物釋放研究，其結(jié)果如圖16所示。樣品K1D-K5D僅膨潤(rùn)土含量不同，分別為0，0.01，0.02，0.06，0.1 g，體外釋放研究證實(shí)，該膜負(fù)載鹽酸環(huán)丙沙星可實(shí)現(xiàn)藥物分子的持續(xù)擴(kuò)散。在低濃度條件下，隨著膨潤(rùn)土加量的增加，可形成緩釋機(jī)制，而在高濃度條件下則形成緩釋體系，因此可應(yīng)用于藥物傳遞系統(tǒng)。de Souza[48]團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了含有巴巴蘇油(BBS)和苦白巴油樹(shù)脂(COPA)的層狀硅酸鹽聚合物納米復(fù)合材料，該產(chǎn)品可用于良性前列腺增生的治療和預(yù)防。

圖16 CPH負(fù)載復(fù)合膜體外釋藥研究(a)CPDR譜圖；(b)CPDR譜的KP模型擬合；(c)CPDR譜的PS模型擬合[47]Fig 16 In vitro drug release study of CPH loaded composite membrane[47]

2.3 石油化工領(lǐng)域

聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料具有較好的耐溫性能，也可應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域。Shella Permatasari Santoso等[49]制備一種環(huán)境友好、成本低廉的皂苷/膨潤(rùn)土漂白劑，以去除食用油中的色素和雜質(zhì)。在固井方面，張永明等[50]采用插層聚合法成功制備了聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)-丙烯酰胺(AM))/改性膨潤(rùn)土降失水劑，并對(duì)其抗鹽性能進(jìn)行了研究。該材料的抗鹽性能如表2所示，結(jié)果表明該復(fù)合材料能抗36%的飽和食鹽水，具有較優(yōu)的抗鹽性能。該材料的制備為深井油氣田材料的研究提供了新思路。

表2 復(fù)合材料在不同鹽濃度下的降濾失性能[51]Table 2 Filtration reduction performance of composite materials under different salt concentrations[51]

2.4 光電領(lǐng)域

利用膨潤(rùn)土的陽(yáng)離子交換能力及層間膨脹特性，可作為聚合物電解質(zhì)填充劑，基于聚合物嵌入膨潤(rùn)土的納米復(fù)合材料在電化學(xué)器件中具有作為電解質(zhì)或電極材料的潛力[51]。Mabel Moreno[52]制備了膨潤(rùn)土-Li/聚丙烯腈(PAN)納米復(fù)合材料，并與膨潤(rùn)土-Li復(fù)合材料的電導(dǎo)率進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，該納米復(fù)合材料的電導(dǎo)率更高，最大值達(dá)到4.2×10-6S/cm。Mabel Moreno[53]以分子量為60萬(wàn)和400萬(wàn)的兩種聚環(huán)氧乙烷為原料，插層膨潤(rùn)土制備透明膜。測(cè)試結(jié)果表明，用該納米復(fù)合材料制備的薄膜的力學(xué)性能、透明度和導(dǎo)電性均優(yōu)于未處理膨潤(rùn)土制備的薄膜。

2.5 其他領(lǐng)域

利用聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特性還可以不斷開(kāi)拓在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。如用于制備水凝膠，Shimei Xu等[54]在聚丙烯酰胺/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，通過(guò)淀粉接枝丙烯酸制備兩性半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合水凝膠。膨潤(rùn)土還可作為垃圾填埋場(chǎng)封頂襯墊，但是由于陽(yáng)離子交換和干濕循環(huán)環(huán)境會(huì)影響膨潤(rùn)土作為屏障材料的效率，Michela De Camillis[55]制備了羧甲基纖維素鈉/膨潤(rùn)土(HYPER)，并對(duì)該材料的膨脹能力、自愈合能力、裂縫形成和水導(dǎo)率進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該材料具有較好地自愈能力和較小的裂縫體積，與未處理的膨潤(rùn)土不同，該材料在干濕循環(huán)過(guò)程中對(duì)海水的滲透性都很低。受人工二維結(jié)構(gòu)澆注特性的啟發(fā)，Wenxin Dong[56]制備了一種聚甲基丙烯酸芐酯/膨潤(rùn)土不可逆熱響應(yīng)膜，該膜在高溫環(huán)境下的頁(yè)巖勘探具有潛在應(yīng)用價(jià)值，可以防止頁(yè)巖水侵，并能保持頁(yè)巖剛度。Amritanshu Banerjee[57]制備了聚(丙烯酸-丙烯腈)/膨潤(rùn)土復(fù)合膜，該膜可用于分離芳烴-脂肪族混合物，其成本更低，分離過(guò)程更環(huán)保。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，已成為交叉學(xué)科研究的熱點(diǎn)，但在應(yīng)用中，目前僅在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域發(fā)展成熟，主要利用其吸附性能進(jìn)行廢水凈化處理。未來(lái)還可利用該材料的其他性質(zhì)，開(kāi)拓應(yīng)用領(lǐng)域。

(2)針對(duì)插層制備機(jī)理以及作用機(jī)理還不夠深入，未來(lái)可結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬建立材料構(gòu)象與性能的關(guān)系。

(3)該材料在提高聚合物耐溫性方面有顯著效果，在高溫深井?dāng)?shù)量越來(lái)越多的情況下，可研究井筒工作液用聚合物/膨潤(rùn)土納米復(fù)合材料的制備、機(jī)理與應(yīng)用，為高溫油氣藏勘探開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支持。