2·凹凸棒粘土的改性
凹凸棒粘土具有良好的理化性能,但天然产出的凹凸棒粘土不能很好满足许多应用领域的使用要求,对其进行适当的物理或化学处理,能显著改善其理化性质.目前常用的改性方法有高温处理法、酸处理法、硅烷偶联剂处理法、阳离子表面活性剂处理法、超声波分散法和微波处理法等.
2.1高温处理法
凹凸棒粘土在不同热处理温度下发生的结构、形貌、性质变化是凹凸棒粘土在材料科学领域应用研究的重要基础,如凹凸棒粘土经热处理后可作为干燥剂、生物陶粒和催化剂的载体等.天然凹凸棒粘土的比表面积约为140~210 m2/g,经高温焙烧,比表面积能够显著增加,甚至达到300 m2/g以上.在一定温度范围内,凹凸棒粘土的比表面积随着焙烧温度的升高而增加,当温度升高到一定程度,如焙烧超过600℃时,比表面积就会出现下降趋势,原因是温度过高,凹凸棒粘土失去部分结构水或羟基脱出引起孔洞塌陷、纤维束堆积,针状纤维束紧密烧结在一起,孔隙容积和比表面积减小,致使吸附能力减弱.[14]一般凹凸棒粘土活化温度不超过500℃,选择300℃左右为宜,活化时间不超过3 h.[15]Kuang[16]等研究了热处理过程中凹凸棒粘土的表面特性,其比表面积和微孔体积数据见表1.[17]
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2.2酸化法
凹凸棒粘土与酸反应方程[18]可表示如下:
(Al1.24 Fe0.4Mg2.54)Si8O20(OH)2(OH2)4+7.34H+→
1.24A13++2.54Mg2++0.4Fe3++(8-n)SiO2(s)+nH4SiO4(l)+(5-2n)H2O
一般情况下,凹凸棒粘土用酸活化处理,八面体阳离子仅有部分溶解,保持基本结构,但改变了其内外表面性质.同时,由于部分八面体阳离子溶出,孔道结构会略有改变.[19]
凹凸棒粘土的酸化作用主要表现为:(1)矿物聚集体的解聚,主要为粒间杂质胶结物和碳酸盐矿物的分解;(2)对阳离子的置换,起到疏通孔道和增加矿物比表面积的作用.酸化使凹凸棒粘土的物化性能发生改变,活性增强.
2.3偶联剂处理法
由于凹凸棒粘土的表面富含Si—OH极性基团,可以采用偶联剂对其进行处理,以降低棒晶的表面自由能.通过偶联剂的偶联作用,使其与聚合物大分子链彼此相联形成交联结构,从而使凹凸棒粘土表面由亲水性转变为亲油性,改善凹凸棒粘土与高分子基体的界面,达到对高聚物的较好改性.
2.4阳离子表面活性剂处理法
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