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粘土矿物的表面接枝与插层技术
发布时间:2018/11/27      浏览次数:2906

 

粘土的表面存在许多硅氧烷基、硅烷基以及铝醇基,这些活性基团可与多种有机物发生化学反应,可以根据需要将不同类型的有机官能团引入粘土的结构中,引起粘土矿物表面物理化学性质的变化。

液相环境中,粘土矿物的表面羟基能与溶解态的物质发生反应。粘土矿物接枝有机大分子常用的有两种方法:一种是将有机大分子通过异相醚化反应或者异相酯化反应直接接枝到矿物基材表面;另一种是通过紫外光作用等手段,使得矿物表面产生自由基,该自由基引发烯烃类单体(苯乙烯、丙烯酸、丙烯等),形成烯烃自由基,进而继续进行自由基聚合,在矿物表面形成高分子链。

紫外光接枝的方法可以将丙烯酸接枝到凹凸棒土表面形成聚丙烯酸刷修饰的凹凸棒土材料。凸凸棒土呈棒状,直径约50nm,表面相对光滑,经过丙烯酸接枝后样品直径增大至约100nm,表面粗糙。接枝后的样品对Ce3+吸附具有极好的吸附速率以及极高的吸附量。

 

由于有机化合物种类繁多,与粘土矿物之间的相互作用复杂,因此粘土矿物的接枝研究内容丰富,而且利用前景广阔。目前接枝有机粘土矿物已经广泛的应用于石油化工、橡胶塑料、油漆涂料等工业领域。

利用粘土特有的层状结构,可以将无机离子团、有机分子插入粘土硅酸盐层间,使得粘土矿物的物理化学性能显著的改变,从而使得粘土矿物在高分子材料、固体电解质、高性能陶瓷等领域得到广泛的应用。

以高岭土插层为例说明插层技术的应用。高岭土的是二八面体1:1型层状硅酸盐结构,每层单元由一层硅氧四面体以及铝氧八面体通过共同的顶点氧原子连接而成,层间不含可交换离子,被氢键紧紧连在一起。

 原生高岭土的粘浓度一般在50-65%之间,但是造纸涂料所需的高岭土粘浓度通常在66-68%之间。将极性分子(如二甲基亚砜、尿素、脲等)插入高岭土层间,这些极性分子与铝氧四面体以及硅氧八面体形成氢键,从而使得高岭土层间距增加,层间距作用力减弱,从而增大高岭土粘浓度。

以脲插层技术可将高岭土的粘浓度由68%提高至74%以上,从而满足高岭土在满足造纸涂布工艺中的应用。

 高岭土的插层使得该复合物不仅有粘土矿物自身的分散、流变、吸附等特性,而且具有有机官能团的反应活性,因此插层有机高岭土具有更广泛的应用领域。目前,插层高岭土的研究逐渐深入,研究内容包括制备、结构与性能的表征等方面。

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