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插层改性点名啦!高岭土、膨润土、石墨、云母、蛭石、水滑石、累托石......

发布日期:2017-10-13  来源:粉体技术网  浏览次数:1254

在自然界中,有很多无机矿物具有层状结构,例如高岭土石墨云母属氧化物以及层状硅酸盐等。

插层改性是利用层状结构硅酸盐矿物的阳离子可交换性,利用离子交换反应将有机分子插入其层间,达到扩张层间距,改善层间微环境,使层状硅酸盐矿物内外表面由亲水性变为疏水性,增强硅酸盐结构层与聚合物分子链间的亲和性,降低硅酸盐矿物表面能。

\ 高岭土 \

高岭土插层纳米材料具有更好的可塑性、白度、易分散性、吸附性,更可以赋予材料光学、电学及磁性能,扩大了高岭土粘土的应用范围。

高岭土插层机理是使用一些化学助剂进入高岭石层间破坏或减弱高岭土层间作用力,并通过对插层复合物进行加热、超声处理、水洗或微波条件下结合化学助剂的作用,强烈发生物理化学反应,从而导致高岭土的层间作用力得到破坏或是一定程度的减弱,最后依次经过研磨、水洗、干燥等技术得到粒度达到纳米级的纳米高岭土。

插层法是目前最有希望也是最有效的制备纳米级高岭土的技术。常使用的化学助剂包括:醋酸钾、二甲基亚砜、脲、甲酰胺、水合联氨及其延伸物等。

\ 石墨 \

石墨是一种典型的二维层状无机高分子材料,其层与层之间仅依靠的范德华力结合,碳层之间的结合力弱,间距较大,导致多种化学物质(原子、分子、离子和离子团)可以插入层间空隙,形成石墨插层化合物。

石墨插层化合物不仅保留了石墨原有的理化性质,而且由于插入物质与碳层之间的相互作用而呈现出石墨与插层物质均不具备的一些新的特性,如高电导性、同位素分离效应、催化效应、触媒特性、储氢特性和密封效应等,特别是某些石墨插层材料还出现了超导性能,因而作为一种新型的纳米级复合材料,显示了广阔的应用前景。

常用的石墨插层化合物的制备方法主要有熔融法、溶剂热法、双室法。化学法、电化学法,此外还有固体加压法、爆炸法和光化学法等方法。

\ 水滑石 \

水滑石是一种阴离子型层状材料,与其衍生物类水滑石、柱撑水滑石统称为层状双羟基复合金属氧化物。

水滑石二维限域层间的小阴离子可以被交换成具有催化活性的大分子,如有机酸、金属有机络合物和金属卟啉环等。将多酸阴离子插层到水滑石层间,制备多酸基插层结构纳米复合材料是固载多酸分子的一种行之有效的方式。

\ 蛭石 \

蛭石是一种在工业、农业等众多领域广泛应用的非金属矿,其结构中含有可膨胀的层间域,具有良好的阳离子交换性、膨胀性、吸附性,己成为制备轻质建材、催化剂、载体、纳米复合材料、环境保护材料等材料的重要原料。

蛭石的插层改性包括无机柱撑改性和有机插层改性。

蛭石的无机柱撑改性:聚羟基/柱撑蛭石是较常见报道的无机柱撑蛭石,其中以铝柱撑为典型代表,Al柱撑蒙脱石是研究最多的无机插层柱撑层状硅酸盐材料。无机柱撑蛭石由于有较大的比表面积而具有较好的吸附性能,主要用在污染物吸附领域。

蛭石的有机插层改性:利用蛭石层间域内水分子和阳离子具有可交换的特性,通过阳离子交换,使有机阳离子进入层间域内,形成有机插层蛭石/有机蛭石。

根据插层有机阳离子种类的不同,目前蛭石有机插层主要有胺盐改性、有机大分子改性两大类,胺盐改性又分为季铵盐改性和其他胺类化合物改性。

\ 绢云母 \

绢云母是重要的工业矿物原料,制备绢云母有机插层改性产物和绢云母纳米单元片体不仅能够最大程度地发挥绢云母的优良属性,而且能够通过附加新的功能作用,是提高绢云母价值和实现高档次应用的重要手段,是绢云母的最有前景的发展方向。

研究表明:插层改性后的绢云母由亲水变为疏水,颗粒的表面接触角增大,表面能降低;对有机改性绢云母进行机械剥离和超声剥片,均可制得绢云母纳米单元片体。

\ 蒙脱石 \

蒙脱石是非金属黏土矿中的重要矿物品种,其有机化插层改性是其深加工高附加值利用的重要途径之一。改性后的蒙脱石在有机相中具有较好的分散性、凝胶性、吸附性和纳米效应等。

凝胶和触变型有机插层蒙脱石,主要用于油漆、油墨、润滑脂、溶剂型钻井泥浆、环保和日用洗涤用品等领域,主要是利用有机插层蒙脱石的凝胶和触变性,即黏度性能。

纳米分散型有机插层蒙脱石,主要用做蒙脱石/聚合物纳米复合材料制备。

其中的非反应有机插层蒙脱石,由于制造成本较低和应用方便,是目前蒙脱石纳米复合材料的主要应用品种,具有使用量少、复合材料热力学性能改善明显、制品轻、阻隔和阻燃性好等特点,可以用做阻隔包装材料和加工成各种阻燃器件。

反应型有机插层蒙脱石,由于在聚合前加入,聚合加工时一般在隔氧条件下操作,不仅蒙脱石分散更均匀、晶层解离更完全、性能更稳定,而且制品外观色泽好。

吸附型有机插层蒙脱石,主要应用于环境保护材料和特殊药用原料等。其原理是用有机插层剂将层间距适当撑开,以利于做环境吸附处理材料时,快速吸附苯类或其它有机或无机物;而药用材料除考察对大分子有机物的有效吸附外,对矿物原料的重金属含量要求较严,必须符合药用标准。

\ 累托石 \

累托石是一种规则的间层物质,天然的累托石层间距比较小,寻找合适的试剂和工艺将累托石的间层撑开到足够大的程度,开发其在材料中的应用是研究的一个热点。

在环保废水处理中应用方面,插层改性可扩大累托石层距,提高其比表面积和活性通道孔径,为累托石在废水处理、汽车尾气处理、三元催化器载体、臭氧抑制载体等方面应用提供了可能。

 
 
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