基于凹凸棒石粘土的性能及其在聚氨酯革中的应用

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1、南京工业大学博士学位论文凹凸棒石粘土的性能及其在聚氨酯革中的应用姓名：金叶玲申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：姚虎卿;马正飞20040501摘要√I凹凸棒石粘土(简称凹土)作为一种具有纤维状或针状晶体结构的稀有天然粘土矿减，由于其特殊的晶体结构和表面特征而赋予其优良的吸附性、流变性、催化性、填充性，使其具有离子交换、热稳定、抗盐、凝胶、造浆和高温相变等性能，从而具有很高的使用价值。我国作为凹土资源的第三大国，于80年代初发现并开始开发凹土，目前在l吸附、脱色、脱臭、抗盐泥浆等方面取得了较好的应用。但凹±的深加工以及对其性能的充分发挥仍处于研究阶段

2、。因此，凹土的深加工以及对其性能充分利用的高附加值产品的开发是凹土应用研究的重要方向。而凹土的纯度和颗粒的细度是其生产高附加值产品的两岔重要指标，也是凹土深加工的主要目的。目前这两方面的研究报道并不多见q『”本课题选择江苏盱眙产凹土为原料，以凹土的细化、提纯及性能为主要研究内容，同时以聚氨酯革(简称PU革)作为凹土的主要应用对象，对凹土经机械法超细粉碎前后结构、形貌的变化，凹土的纯化及其在高分子材料PU革中的应用进行了系统的研究和探讨，主要目的一是探索凹土深加工的途径、为凹士的深加工提供相关的基础数据和依据，二是为凹土的应用提供理论基础，三是拓展凹土的应

3、用领域和提高凹土的经济价值。本课题的研究从应用的角度出发，进行理论探讨，既具有应用性，也具有一定的理论价值，因此，该课题的研究具有一定的现实意义。r琵文的第一章通过查阅大量的国内外文献资料，对凹土的基本性质与用途、凹二e韵机械法超细粉碎、提纯等研究现状，凹士在高分子材料中的应用研究状况进行了较全面的论述。在此基础上，对本课题的研究思路和方案进行了较详细的拟订。论文的第二章选择变频式行星球磨机，对凹土进行超细粉碎并对超细效应进行了研究探讨。首次通过粒度和BET比表面测定，通过x一射线衍射、SEM和FT—IR等分析表征，系统考察了粉碎时间，干法、湿法工艺对凹

4、土晶体结构及形貌的影响；通过流变性能、静态吸附测试等考察了凹土粉碎前后的部分理化性质的变化；分别选择无机系列硅酸钠等及有机系列硬脂酸等六种化学试剂作为凹土超细粉√碎的助磨剂(表面处理剂)，分别考察了助磨剂和助磨(表面处理)时间对粉碎／。，／f效果的影响。研究结果表明，凹土在机械法超细粉碎过程中，采用干法不加助磨、剂时，球磨1h其粒度即达到超细粉碎的要求；球磨2、3、4h，凹土的粒度基本不发生变化，结构基本未变，达到了粉碎极限，此阶段凹土晶体表面能不断增大，晶体非晶化程度有所增加：球磨5h以后，凹土发生再次团聚，粒度急剧上升，棒晶结构遭到严重破坏：凹土的理

5、化性质随球磨时间的变化而发生一定的变化。干法助磨时，助磨剂可有效地提高凹土球磨超细粉碎的粒度，保护凹士棒晶的晶型，但其所起的作用仅是使棒晶晶束团聚成为球形，并未起到分散棒晶的作用，因此，采用干磨不管是否加入助磨剂，皆不可能得到分散的凹土棒状晶体：无机助磨剂六偏磷酸钠和有机助磨剂硬脂酸、聚丙烯酸对凹土的超细粉碎有良好的助磨效果，是凹土的优良助磨剂。湿法球磨能够有效保护凹土的晶体结构并且可将凹土晶束粉碎至所需的纤维状晶体，当以水为研磨介质进行凹土的球磨超细粉碎时，不加助磨剂的研磨效果与添加助磨剂相当，甚至更好；湿磨效果远远大于干磨，但凹土的晶体表面仍有非晶化

6、现象发生。凹土由于天然成因皆含有其他的矿物杂质如白云石、石英、方解石等，并且因含其他的金属离子而呈现一定的色泽：凹土的纤维状晶体呈十分致密而牢固的聚集状态存在。采用机械粉碎法很难得到完好的凹土纤维状晶体颗粒，甚至使纤维状晶体遭到破坏。因此，论文的第三章在已有相关研究的基础上，首次通过水化、化学分散和脱色相结合的方法，探讨了凹土的纯化、脱色和超细化的方法及其机理。通过分散提纯前后凹土成分、结构、形貌、粒度的分析表征，对分散提纯剂进行了筛选，对分散提纯、脱色、超细化的最佳操作条件进行了优化确定。研究结果表明，六偏磷酸钠是凹土矿良好的分散提纯和脱色剂，它通过吸

7、附、电化学作用和化学反应使凹土晶体充分分散为纳米级晶体颗粒，使包裹其中的其他矿物杂质有效分离，并与凹土中的主要带色离子生成磷酸盐沉淀使凹土色泽变白。该法适用于不同含量的、以白云石和石英为主要杂质的凹土矿。因为凹土在介质中的分散和团聚行为直接影响到其处理和使用的效果，而这方面的研究尚未见报道。论文的第四章首次通过沉降法对凹土在不同酸碱度、不同表面活性剂的水溶液中的分散情况以及在二甲苯、甲醇等有机介质中的分散性进行了探讨。研究表明，水溶液的pH值、表面活性剂的类型和浓度对凹土的分散稳定性皆有显著的影响，pH值的变化改变了不同粒径范围的粒子总量分布，改变粒子与

8、溶液问双电层电动势，从而改变凹土粒子的分散行为：由于凹土作为／带F包粒子在极性溶