高岭土插层改性研究进展_陈兴刚

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1、2010年第7期中国陶瓷Vol.46No.7中国陶瓷第46卷第7期中国陶瓷2007年第1期July.20102010年7月综述与评述文章编号：1001-9642（2010）07-0015-04高岭土插层改性研究进展陈兴刚,桑晓明,侯桂香,张磊,王润增(河北理工大学材料学院,河北省无机非金属材料重点实验室,唐山063009)【摘要】：本文系统地分析了高岭土的结构、插层机理和插层改性的手段，着重探讨了插层高岭土固相插层和液相插层的制备工艺，以及采取FTIR、XRD、NMR和TG-DTA等测试方法对插层效果进行表征，最后对今后插层改性高岭土的发展和应用提出

2、了展望。【关键词】：高岭土，插层，制备，表征中图分类号：TQ174.4+1文献标识码：A引言目前，层状硅酸盐纳米材料的应用无论在工业上还是学术上都已经引起了很大关注。在层状硅酸盐体系中，高岭土因其资源丰富，成本低廉，层间杂质少，性能稳定等特点成为了近年来取代蒙脱土的最佳选择。高岭土层间连接紧密，分散度比较低，通过插层改性来改变高岭土层间环境一直是高岭土改性的研究热点[1,2]。高岭土插层改性是将极性小分子插层到高岭土层间，得到层间距更大的插层高岭土，然后根据不同的需要掺杂到各种基体中，达到在纳米尺度上以剥离状态均匀分散。高岭土层间表面羟基活性比较低，

3、能减少聚合物基质老化。尽管高岭土不能像蒙脱土那样进行阳离子交换，图1(a)高岭土晶体结构立体图；但是可以通过极性有机小分子的嵌合复合来进行插层改(b)高岭土晶体结构平面图性。高岭土插层改性的好坏直接影响到纳米复合材料的Fig.1(a)Stereoscopicdiagramofkaolincrystalloidconstruction;性能，因此高(b)Planardiagramofkaolincrystalloidconstruction1高岭土的结构变为亲油性，层间的表面能降低，有利于其它有机大分高岭土主要是由粘土矿物和非粘土矿物组成，以子通过置换

4、过程进入高岭土层间。高岭石族矿物为主组成的白色粘土。高岭土的理想化学式为Al[(OH)/SiO]，是由SiO四面体的六方网层与2.1插层剂的种类24254AlO(OH)八面体层按1∶1结合成层状结构(图1)[4]。极性小分子插层剂根据插层效果主要分为直接插层24层间以(Al-O-H…O-Si)氢键相连接成重叠的层状堆叠，剂和间接插层剂两种。前者根据与层间作用的不同分为存在非对称效应，由于层间之间的氢键力和范德华力相三大类：(1)含有质子活性的有机分子，与高岭土硅氧层[5]形成氢键的化合物[6,7]，如尿素、甲酰胺、乙酰胺、肼、互作用，因而晶层之间连接

5、紧密，性能稳定。2高岭土的插层机理N-甲基甲酰胺(NMF)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基乙酰胺(NMA)等；(2)含有质子惰性的有机分子，与高高岭土单元层间存在-OH键和Si-O键，层间容易岭土羟基层形成氢键的化合物，如二甲基亚砜(DMSO)、形成氢键，再加上层间距很小，只允许部分极性小分子二甲基硒亚砜(DMSeO)、氧化吡啶(PNO)等；(3)含有进入其层间。这些极性小分子能破坏高岭土层间的氢键，短链脂肪酸的一价碱金属盐和碱金属的卤化物[8]，如乙插层到高岭土层间，撑大其层间距，并使层间亲水性转酸钾、丙酸钾、丙烯酸钠、氯化铷、氯化铯、溴化铯等。

6、间接插层剂又称为夹带插层剂，是含有-NH-、-CO-收稿日期：2010-4-14NH-、-CO-等官能团的有机分子。它们不能直接插层但基金项目：唐山市科学技术研究与发展计划项目，编号：可以利用活性分子夹带作用进入层间[9,10]，如氨基酸、吡0914020A-1-10作者简介：陈兴刚(1985-)，男，研究生，研究方向：高啶、甲醇、乙腈、已二胺、苯甲酰胺、丙烯酰胺、乙酸铵、岭土/聚合物纳米复合材料。环状亚胺、对硝基苯胺、脂肪酸盐等有机化合物都可以中国陶瓷│CHINACERAMICS│2010(46)第7期│15中国陶瓷2010年第7期间接地插层到高岭

7、土层间。效的方法之一，长期以来受到学者们重视。郭善等[16]在选取插层剂原则：(1)在满足插层改性需要的前提下室温下搅拌将DMSO和乙腈插层到高岭土层间。优点是尽量不要增加新的官能团或杂质元素；(2)插层剂在制备操作简单，反应条件容易控制，取代作用完全，插层效过程中应容易除去；(3)利用插层剂的相关特性增加复合果好。缺点是插层时间太长，插层效率低。材料新的功能。根据高岭土的不同需要，选择合适的插超声波插层是利用超声波本身空化作用产生的机械层剂对高岭土插层改性的研究起到关键的作用。但是目效应和化学效应将插层剂插层到高岭土层间。存在溶液前对间接插层剂的取

8、代难易程度的研究还没有详细的报中的微小气泡在超声波作用下会释放巨大的瞬间压力，道，需要学者依据大量的实验研究