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℃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.[14]一般凹凸棒粘土活化溫度不超過500℃,選擇300℃左右為宜,活化時間不超過3 h.[15]Kuang[16]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.[17]
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2.2酸化法
凹凸棒粘土與酸反應方程[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,孔道結構會略有改變.[19]
凹凸棒粘土的酸化作用主要表現為:(1)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—OH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
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