凹凸棒粘土的改性
凹凸棒粘土具有良好的理化性能,但天然產出的凹凸棒粘土不能很好滿足許多應用領域的使用要求,對其進行適當的物理或化學處理,能顯著改善其理化性質.目前常用的改性方法有高溫處理法、酸處理法、硅烷偶聯劑處理法、陽離子表面活性劑處理法、超聲波分散法和微波處理法等.
2.1 高溫處理法
凹凸棒粘土在不同熱處理溫度下發生的結構、形貌、性質變化是凹凸棒粘土在材料科學領域應用研究的重要基礎,如凹凸棒粘土經熱處理后可作為干燥劑、生物陶粒和催化劑的載體等.天然凹凸棒粘土的比表面積約為140~210 m2/g,經高溫焙燒,比表面積能夠顯著增加,甚至達到300 m2/g以上.在一定溫度范圍內,凹凸棒粘土的比表面積隨著焙燒溫度的升高而增加,當溫度升高到一定程度,如焙燒超過600 oC時,比表面積就會出現下降趨勢,原因是溫度過高,凹凸棒粘土失去部分結構水或羥基脫出引起孔洞塌陷、纖維束堆積,針狀纖維束緊密燒結在一起,孔隙容積和比表面積減小,致使吸附能力減弱.『l41一般凹凸棒粘土活化溫度不超過500 qC,選擇300 oC左右為宜,活化時間不超過3 h.t 51Kuang E 61等研究了熱處理過程中凹凸棒粘土的表面特性,其比表面積和微孔體積數據見表1.
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2.2 酸化法
凹凸棒粘土與酸反應方程[ 呵表示如下(AIl Fen4Mgzs4)Si80∞(OH)2(0H 4+7.34H —+1.24A1 +2.54Mg~ +O.4Fe3++(8一n)SiO2(s)+nH4SiO4(1)+(5—2n)H20 一般情況下,凹凸棒粘土用酸活化處理,八面體陽離子僅有部分溶解,保持基本結構,但改變了其內外表面性質.同時,由于部分八面體陽離子溶出,孑L道結構會略有改變.凹凸棒粘土的酸化作用主要表現為:f1)礦物聚集體的解聚,主要為粒間雜質膠結物和碳酸鹽礦物的分解;(2)對陽離子的置換,起到疏通孔道和增加礦物比表面積的作用.酸化使凹凸棒粘土的物化性能發生改變。活性增強.
2.3 偶聯劑處理法
由于凹凸棒粘土的表面富含Si一0H極性基團,可以采用偶聯劑對其進行處理,以降低棒晶的表面自由能.通過偶聯劑的偶聯作用,使其與聚合物大分子鏈彼此相聯形成交聯結構,從而使凹凸棒粘土表面由親水性轉變為親油性,改善凹凸棒粘土與高分子基體的界面,達到對高聚物的較好改性.
2.4 陽離子表面活性劑處理法
在通常情況下,凹凸棒粘土表面帶負電,表面電荷的存在有利于凹凸棒粘土對陽離子改性劑的吸附,
陽離子表面活性劑通過離子交換吸附與凹凸棒粘土發生作用,生成凹凸棒粘土一有機表面活性劑復合體,
大分子質量有機基團取代了原有的無機陽離子,凹凸棒粘土顆粒表面也因各種活性中心的存在而吸附一部分有機物,同時晶格內外的部分結晶水和吸附水被有機物取代,從而提高了凹凸棒粘土的疏水性,增強了吸附有機污染物的能力.但是,當凹凸棒粘土與超量的季銨鹽反應結合時,凹凸棒粘土可出現超量的離子吸附,超量吸附的有機陽離子可通過范德華力在凹凸棒粘土表面形成“雙重層”而使外層表面活性劑親水基朝外,反而導致疏油性增加.
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