高嶺土插層改性方法

根據(jù)插層劑和高嶺土插層反應(yīng)的狀態(tài)不同，高嶺土插層反應(yīng)的方法主要包括液相插層法、蒸發(fā)溶劑插層法和機(jī)械力化學(xué)插層法，以及近年來應(yīng)用比較活躍的新的插層方法。張生輝(2012)對高嶺土插層改性方法進(jìn)行了詳細(xì)的分類。

(1)液相插層法液相插層法是高嶺土插層改性較早使用的方法和常用方法。液相插層法是插層劑在溶液、乳液或熔融狀態(tài)下進(jìn)行的插層反應(yīng)。按照取代的次數(shù)，可將液相插層分為直接插層法、一次取代法、二次取代法等。

直接插層法：一般高嶺土的層間距D001=0.72nm，只有幾種分子量孝極性較強(qiáng)的小分子能夠直接插入其層間，如甲酰胺、甲基甲酰胺(NMF):二甲基亞砜(DMSO)、肼、尿素、乙酸鉀、氟化銫等。這些通過直接插層得到的插層復(fù)合物通常作為媒介，為大分子插層改性提供可能性，即所謂“預(yù)插層體”。

肼對高嶺土的插層反應(yīng)使高嶺土的層間距增大，并且形成一種肼-高嶺土插層化合物。這種插層反應(yīng)賦予高嶺土以許多新的性質(zhì)和潛在的應(yīng)用開發(fā)前景。陳祖熊等在2000年研究肼插層茂名高嶺土?xí)r，發(fā)現(xiàn)肼在水溶液中的濃度對插層速率有所影響，還發(fā)現(xiàn)存在進(jìn)行插層反應(yīng)的較低濃度閾值和理想濃度值。高濃度肼溶液插層高嶺土?xí)r，除擴(kuò)展的層間距1.04nm外，還出現(xiàn)一個0.97nm的新層間距。陳祖熊等(2000)還研究了不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的高嶺土――層片狀的茂名土和管狀結(jié)構(gòu)的蘇州土以及高嶺土顆粒尺寸對肼插層的影響，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)開放程度較小的蘇州土較茂名土的肼插層速率和插層度低，并且存在明確的肼的高、低濃度插層閾值，但它們的理想插層肼濃度相同;顆粒尺寸小的高嶺土的插層能力比顆粒尺寸大的低，用結(jié)晶完整性隨顆粒尺寸增大而增大解釋了這二現(xiàn)象。因此，肼對高嶺土的插層難易應(yīng)綜合考慮高嶺土結(jié)構(gòu)的開放程度、層間鍵力強(qiáng)弱以及結(jié)晶的完整性。

一次取代法：主要針對不能直接插入高嶺土層間的較大分子，通過置換直接插層得到的預(yù)插層體，將大分子插入高嶺土層間。如王寶祥等(2003)以二甲基亞砜為前驅(qū)體，通過一次取代，夾帶人羧甲基淀粉，制備出高嶺土/羧甲基淀粉剝離型插層復(fù)合微粒。羧甲基淀粉插層引起高嶺土片層之間的剝離，高嶺土片層在羧甲基淀粉中均勻分散。對于不能直接在水中插層的聚合物大分子或單體，可以選擇在醇或酯中進(jìn)行。

二次取代法：典型例子是聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和高嶺土/甲醇插層復(fù)合物的置換反應(yīng)。用甲醇經(jīng)過一次取代置換高嶺土/乙酸銨預(yù)插層體中的乙酸銨，形成高嶺土/甲醇插層復(fù)合物，再用溶解在甲醇溶液中的PVP，二次取代復(fù)合物中的甲醇制備得到高嶺土/PVP插層復(fù)合物。

一般來說，隨著取代次數(shù)的增多，插層所需時間變長，而且工藝更加煩瑣，需要多次插層、固液分離、烘干等步驟。液相插層法的關(guān)鍵在于預(yù)插層體的選擇，好的預(yù)插層體除要有盡量大的d001值外，還應(yīng)當(dāng)具有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性，即取代插層前，復(fù)合物不會很快解體，同時在取代插層時又能夠通過化學(xué)作用實(shí)現(xiàn)脫嵌。

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