有机插层蛭石层间结构分析及蛭石水溶胶的制备

论文摘要

蛭石属粘土矿物类,在高温下焙烧时体积会剧烈膨胀,具有优良的绝热性能。在不同浓度下,不同碳链长度的有机阳离子季铵盐与原蛭石在水相溶液中反应制得有机插层蛭石。在分散剂存在的条件下,用砂磨机和高压微射流均质设备将插层改性蛭石粉碎,制成亚微米级或纳米级的细小颗粒,得到分散稳定的蛭石水溶胶。为蛭石水溶胶在织物上涂层以使其具有良好的耐明火热隔绝性能奠定了基础。反应制成的有机插层蛭石通过X射线衍射（XRD）、傅里叶红外（FT-IR）以及热失重（TGA）等表征手段表明;在反应前,蛭石原矿晶层片之间重叠紧密而有序;经有机阳离子反应后,晶层片膨胀发散,晶层间的距离明显增大,成松散而有序的重叠结构。随着季铵盐碳链长度的增加,蛭石层间距从原始的1.49nm提高到了5.66nm。与本实验室可以检索到的研究蛭石插层文献中列出的有机蛭石层间距相比,本文提到的层间距5.66nm是目前的最大值。插层后蛭石的（001）晶面衍射由多峰也逐渐转变为单峰。同时,插层剂用量的不同也使得有机蛭石的层间距和微观结构发生较大的改变。随着插层剂浓度的增大,有机离子在晶层中的堆垛密度会不断增大,出现了倾斜单层相、倾斜双层相。蛭石水分散体系的稳定与否对分散剂的类型具有选择性。通过沉降分析、粒度分析、丁达尔现象及透射电镜（TEM）等表征手段分析表明;对于各类有机插层蛭石,反应前因插层剂的剥分和疏水作用导致蛭石水分散体系中颗粒粒径变大并互相纠结,此现象在使用分散剂后有明显改善。在表面活性剂类分散剂作用下,插层剂长链烷基链段可与活性剂的疏水链结合,亲水基伸向溶剂中,对于改善蛭石水分散体系稳定性有较好效果。随着有机插层剂烷基链段链长的不断增加,高聚物类分散剂由于具有较大的分子量与长链插层剂易结合,分散剂高分子长链可在介质中充分伸展,形成几纳米到几十纳米厚的吸附层,产生的空间位阻效应能有效阻止颗粒间相互聚集,从而也提升了蛭石水分散体系的稳定性。以上方法制得的蛭石水溶胶稳定时间均可达到60天以上,50%以上的蛭石水溶胶颗粒粒径分布于0.5-1μm之间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 涂层织物的防火隔热机理
• 1.3 蛭石简介
• 1.3.1 蛭石的结构及组成
• 1.3.2 蛭石的物化性能
• 1.3.3 蛭石的应用
• 1.4 蛭石的开发利用现状及发展趋势
• 1.4.1 应用范围窄
• 1.4.2 产品品种少
• 1.4.3 加工处理方法简单
• 1.4.4 细粒蛭石的利用率低
• 1.5 有机插层改性粘土
• 1.5.1 粘土矿物的插层改性现状
• 1.5.2 蛭石的化学改性机理
• 1.6 水溶胶的制备
• 1.6.1 水溶胶简介
• 1.6.2 胶体的制备
• 1.6.3 制备溶胶过程中分散剂对超细粉体的分散机理
• 1.7 蛭石水溶胶涂层改善材料性能的应用前景
• 1.8 本课题的创新性
• 1.9 本课题主要研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 主要仪器设备
• 2.2 试剂
• 2.3 插层有机蛭石的制备
• 2.3.1 阳离子交换容量的测定
• 2.4 插层有机蛭石的表征
• 2.4.1 X-射线衍射（XRD）表征
• 2.4.2 红外（FT-IR）表征
• 2.4.3 热失重（TGA）表征
• 2.5 蛭石水溶胶的制备
• 2.6 蛭石水溶胶的表征
• 2.6.1 粒径分布
• 2.6.2 沉降分析
• 2.6.3 透射电子显微镜（TEM）表征
• 2.6.4 丁达尔现象表征
• 3 结果与讨论
• 3.1 原蛭石阳离子交换容量的测定
• 3.2 主要插层剂的选择
• 3.3 蛭石的傅里叶红外谱图分析（FT-IR）
• 3.4 蛭石的热失重（TGA）表征
• 3.5 不同插层剂在不同阳离子交换容量下对蛭石插层效果的影响
• 3.5.1 XRD对有机插层效果表征
• 3.5.2 插层蛭石的空间尺寸和构型
• 3.6 蛭石水溶胶的制备
• 3.6.1 分散剂的选取
• 12TA⁺型蛭石水溶胶的特性'>3.6.2 C₁₂TA⁺型蛭石水溶胶的特性
• 16TA⁺型蛭石水溶胶的特性'>3.6.3 C₁₆TA⁺型蛭石水溶胶的特性
• 22TA⁺型蛭石水溶胶的特性'>3.6.4 C₂₂TA⁺型蛭石水溶胶的特性
• 36TA⁺型蛭石水溶胶的特性'>3.6.5 C₃₆TA⁺型蛭石水溶胶的特性
• 3.7透射电镜（TEM）分析
• 4 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的文章
• 致谢