海泡石改性方法概述

海泡石改性方法概述
海泡石是一种纤维状镁硅酸盐粘土矿物，结构通式为Si12Mg8O30（OH）4，在其结构单元中，硅氧四周体与镁氧八面体相互交替，具有
层状和链状的过渡特征。

正是由于这种独特的结构，使得海泡石的比表
面积高，孔隙率大，具有良好的吸附性、流变性和催化性，应用前景非
常广阔。

但是，天然海泡石矿品位低、杂质含量较高、表面酸性弱、通道
小及热稳定性差，这些弱点肯定程度上限制了海泡石的应用。

因此，必
需预先经过提纯、超细加工、改性等一系列处理，获得其优良的性能。

就目前讨论阶段，重要应用的改性手段有酸处理、离子交换、表面有机
改性及活化处理等。

1.海泡石的改性
1.1酸处理改性
海泡石结构中的Mg2+是弱碱，遇弱酸生成沉淀而沉积于海泡石的
微孔结构中，故目前处理所用的酸均为强酸（如HCl、H2SO4、HNO3等）。

酸处理海泡石均为H+取代八面体中的Mg2+，并与Si—O骨架形
成Si—OH基。

首先，H+与通道边缘的Mg2+反应，并渐渐向中心位置深
入而形成不同脱镁水平的改性海泡石。

同时，四周体骨架相对保持稳定。

经酸处理的海泡石与天然海泡石相比，内部通道连通，比表面积增大，
半径小于1nm的孔洞数量削减，半径为1—1.5nm的孔洞百分率加添，
使之对特定反应具有适合的孔径和较高的比表面积。

除此之外，表面酸
中心热稳定性加强，酸中心数量加添，可用来制备高比表面积的催化剂
或催化剂载体等。

酸处理改性的程度重要受到酸的浓度、改性时间等影响，改性的
程度可用海泡石的脱镁率来表示。

酸的浓度越高，对海泡石的脱镁本领
越强，但脱镁速度随酸浓度的加添渐渐减小。

随着改性时间的加添，脱
镁率随之加添。

当改性处理肯定时间后，脱镁率加添的不明显。

可能是
H+渐渐向孔道深处扩散的同时，H+浓度渐渐降低，海泡石镁含量渐渐削减。

因此要通过试验来确定最佳的酸浓度、改性时间。

1.2离子交换改性
离子交换改性是用金属离子取代海泡石骨架中的镁离子，可使海
泡石产生中等强度的酸性或碱性，但不更改其结构。

高价金属离子的引
入能诱发强的表面酸性，对引进不同价态的阳离子来说，价态高的离子
能诱发更强的酸中心。

对于同族的高价金属阳离子，离子半径越小、电
荷密度越高，交换后海泡石的酸性也越强。

与此相反，低价金属离子的
引入则能产生强碱中心。

低价金属的电负性越小，即给电子本领越强，
八面体中O原子的电荷密度也就越高，相应的碱金属—海泡石的碱性也
就越强。

同价金属阳离子取代Mg2+时，海泡石的结构及表面酸性无显著
变化。

不同地区海泡石矿的结构相近，但构成各异，海泡石中铝的含量
将很大程度上影响其离子交换性能。

海泡石的离子交换本领在废水处理、催化剂的制备方面有侧紧要的应用。

如低价碱金属离子对海泡石处理可
制得强碱性的海泡石催化剂。

1.3表面有机改性
为了改善海泡石的分散性能，强化海泡石—高分子材料界面粘结，通常采纳偶联剂或表面处理剂对海泡石表面进行有机改性。

改性的原理
重要是利用海泡石表面的酸活性中心和活性Si—OH基团。

表面处理剂
有有机硅烷或有机硅偶联剂、有机钛酸酯偶联剂、有机酸和有机醛、吡
啶及其衍生物、阳离子表面活性剂等。

不同表面改性剂，其原理有所不同。

有机硅烷水解后产生的硅醇
可与海泡石表面的—OH基发生醚化反应，从而使有机硅烷被接枝到海泡
石表面。

有机酸可与海泡石表面的Si—OH基发生酯化反应，从而可在
表面引入不同碳链长度的烃基。

有机醛可与海泡石表面Si—OH基发生
缩合反应，也可在海泡石表面引入不同的碳氢链，从而改善表面的疏水
性能。

用带有活性基团的吡啶衍生物处理海泡石，可使吡啶环上的氮原
子与海泡石表面的酸活性中心配位，又可使海泡石表面吸附上含活性基团的有机分子，活性基团与高分子进一步反应，可大大提高海泡石的补强性能。

用阳离子表面活性剂处理海泡石，海泡石较强的吸附本领使其被定向吸附在海泡石表面，大大改善了海泡石的疏水性能和在树脂中的分散性能。

目前已应用于海泡石改性的有机改性剂有硫丙基三甲氧基硅烷、三异硬脂酰基钛酸异丙酯、月桂酸、丙烯醛、癸醛、4乙烯基吡啶等。

在橡胶工业中，常采纳有机硅烷偶联剂对海泡石进行预处理，提高表面的缩水性能，降低表面能，改进海泡石在胶料中的润湿和分散性能，提高抗张强度，加添硫化胶的模量。

1.4活化处理改性
目前讨论得较多的是将海泡石预先经过活化处理，考察其吸附性能、催化性能等。

活化处理，即通过加热或酸处理，在肯定温度范围内（100—300℃）焙烧，除去其中孔道中的水分子，从而形成内表面积很大的空穴，可吸附并存储大分子，同时加大了晶体内部通道的横截面，使被吸附分子更简单进入，提高其吸附和离子交换本领。

2.结语
目前，海泡石改性方法讨论较多，但在实际应用中，往往是以上几种改性方法的联合使用，如活化处理中包含了酸处理，酸处理也可称为酸活化。

将海泡石作为离子交换材料，必需经过复合处理。

未经酸处理的海泡石基本上无离子交换本领（对金属离子仅起物理吸附作用）。

而经过酸处理的海泡石，其离子交换本领大大加强。

因此，在实际生产应用中，要重视联合运用多种改性方法，以达到最佳改性效果，获得最好的使用性能。

转载请注明出处“中国”。