粘土矿物的制备及应用技术特点 (2)

粘土矿物的制备及应用技术特点

摘要：本文介绍了粘土矿物的性质、种类、优点及制备方法，并详细介绍了高岭石、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石的研究进展和面临的问题，并阐述了纳米粘土矿物的应用情况。

关键词：粘土矿物；种类；制备；应用

The preparation and application of clay minerals Abstract:In this letter we introduced the properties,kinds, advantages and preparations of the clay minerals. Introduces the research progress of kaolinite, montmorillonite, attapulgite and sepiolite, and the problems faced in study,and e xpounds the application of nanometer clay minerals.

Key word: clay mineral; kinds ; preparation; application

1前言

粘土是一类广泛存在于土壤中的物质, 由于长期处于特定的环境条件下, 粘土矿物具有许多优越的特性，例如巨大的比表面积，良好的吸附性能，较高的吸附容量和离子交换能力，出色的粘附性、润滑性、悬浮性、流变性、稳定性等, 而这些特性是沙子或泥土无法通过机械粉碎实现的。粘土的用途非常广泛, 包括可用来制作陶器、陶瓷、耐火产品的内衬、计算机芯片、化妆品和药品。粘土中常见的矿物有:高岭石、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石、伊利石、绿泥石等硅酸盐类化合物和由硅藻类微生物骨骸紧密堆积而成的硅藻土，以及层状双金属氢氧化物类化合物水滑石等矿物。纳米黏土主要用作聚合物基复合材料的增强材料。近年来,纳米黏土增强聚合物基复合材料的基础理论研究、应用开拓研究等取得一系列研究成果,不仅为纳米黏土在高新技术领域的应用开辟了新的途径,而且在制备技术、生产工艺参数和生产过程的控制等方面较其他纳米材料更简单,生产成本更低廉,具有广阔市场前景。

纳米技术是高新技术，能否稳定健康发展最终将取决于技术创新，主要表现在制备技术和应用技术的创新上，就是如何降低纳米材料的生产制备成本和提高产量。如何将纳米材料的科学观念、制备技术引入到矿物材料尤其是粘土纳米矿物材料（高岭土、膨润土、石墨、蛋白石、蛇纹石、坡缕石、沸石、凹凸棒石、硅藻土等）的科学研究与生产加工中，无疑将会大大降低其纳米材料的生产成本，从而是其纳米材料的商品化和更具适用化的进程得以极大提高。

2纳米粘土矿物的种类及制备

2.1高岭石

高岭石是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物，是一种含水的铝硅酸盐。它还包括地开石、珍珠石和埃洛石及成分类似但非晶质的水铝英石，它们总是以极微小的微晶或隐晶状态存在，并以致密块状或土状集合体产生。高岭石为或致密或疏松的块状，一般为白色，如果含有杂质便呈米色。高岭石经风化或沉积等作用变成高岭土，而高岭土则是制作陶瓷的原料。除此以外，高岭土还可作化工填料、耐火材料、建筑材料等等，用途十分广泛。中国江西的景德镇有一个高岭村，这里盛产高岭土，故名。明末，在景德镇高岭村开采此矿，后经德国地质学家李希霍芬按高岭土之音译成“Kaolin”介绍到世界矿物学界。高

岭石的化学组成为Al

4（Si

4

O

10

）·(OH)

8

，晶体属三斜晶系的层状结构硅酸盐矿物,多呈隐

晶质、分散粉末状、疏松块状集合体,白或浅灰、浅绿、浅黄、浅红等颜色，条痕白色，土状光泽。摩氏硬度2-2.5，比重2.6-2.63。吸水性强，和水具有可塑性，粘舌，干土块具粗糙感。高岭石是组成高岭土的主要矿物，常见于岩浆岩和变质岩的风化壳中。中国高岭石的著名产地有江西景德镇、江苏苏州、河北唐山、湖南醴陵等。世界其它著名产地有英国的康沃尔和德文、法国的伊里埃、美国的佐治亚等。高岭石是陶瓷的主要原料，在其它工业中也有广泛使用。

陈汉周[1]等利用改性纳米高岭土，采用原位聚合的方法合成了高岭土/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纳米复合材料(KPET)，通过扫描电镜、FTIR、TG等分析方法研究了材料的分散性，显微结构以及热稳定性，得出了纳米高岭土在PET基体中分散性好，高岭土在PET 中的粒径最可几分布为0.2-0.5μm。FTIR光谱分析表明，高岭土通过改性剂与PET发生了键合作用。KPET 的热稳定性优于 PET，热稳定性与高岭土的分散性及其含量有关，并随高岭土含量的增加，KPET的热稳定性能有增加趋势。

刘卓钦[2]等用不同的改性剂对纳米高岭土进行了表面处理,探讨了在改性时表面活性剂加入使活化指数升高的作用机理。结果表明在纳米高岭土的改性过程中,辅助加入阳离子表面活性剂CTAB能显著减少改性剂用量,升高活化指数,其作用机理为吸附-增溶作用。硅烷偶联剂和硬脂酸复合改性剂用量为1.3%,配比以1∶1为宜。FTIR分析表明,改性后高岭土颗粒表面已接上偶联剂分子，未改性和改性后的纳米高岭土的补强效果均好于炭黑，硅烷偶联剂和硬脂酸复合改性对橡胶的补强效果优于单独使用硅烷偶联剂改性,单独使用硅烷偶联剂改性的效果不理想。

崔巧丽[3]等将一定量的纳米高岭土投入高速混合机中,然后慢慢加入定量溶剂稀释的硅烷偶联剂,高速搅拌20min后出料,制得改性纳米高岭土。再将PA66树脂和改性纳米高岭土在90℃下鼓风干燥12h, PA66、POE-g-MAH和改性纳米高岭土按比例混合,在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒。将所得粒料在90℃下鼓风干燥12h,再注射成标准样条用于性能测

试。实验结果表明改性纳米高岭土和POE-g-MAH对PA66具有协同增韧作用。改性纳米高岭土可明显提高POE-g-MAH对PA66复合体系的冲击强度,拉伸强度和弹性模量仅略有下降。PA66/POE-g-MAH/改性纳米高岭土质量为100/20/0.2时,复合材料的冲击强度最大,比PA66提高了7.3倍;复合材料的低温冲击强度也达到最大,比PA66提高了2.7倍。具有重要的实际应用意义。

2.2蒙脱石

蒙脱石又名微晶高岭石，是一种层状结构、片状结晶的硅酸盐粘土矿。蒙脱石是由颗粒极细的含水铝硅酸盐构成的矿物，它们一般为块状或土状。蒙脱石晶体属单斜晶系的含水层状结构硅酸盐矿物,名称来源于首先发现的产地法国的Montmorillon。蒙脱石颗粒细小，约0.2-1μm，具胶体分散特性，通常都呈块状或土状集合体产出。蒙脱石在电子显微镜下可见到片状的晶体，颜色或白灰，或浅蓝或浅红色。当温度达到100-200℃时，蒙脱石中的水分子会逐渐跑掉。失水后的蒙脱石还可以重新吸收水分子或其他极性分子。当它们吸收水分后还可以膨胀并超过原体积的几倍。蒙脱石的用途多种多样，人们将它的特性运用到化学反应中以产生吸附作用和净化作用。它还可以作为造纸、橡胶、化妆品的填充剂，石油脱色和石油裂化催化剂的原料等，还可作为地质钻探用泥浆，冶金用粘合剂及医药等等方面。

李阳[4]以改性蒙脱土和PET为原料，采用双螺杆挤出机进行共混，用熔融插层法制备了PET/蒙脱土插层复合材料。系统地研究了PET离聚物/蒙脱土的结构性能，并进行了PET/蒙脱土的增韧研究，采用聚合插层的方法制备了一系列SPET/蒙脱土纳米复合材料，比较了复合材料与纯SPET的热力学性能。结果表明，SIPM在2-8mol%范围内，随其含量的增加，逐渐改善了蒙脱土片层在SPET中分散，硅酸盐对SPET的结晶具有异相成核作用，减弱了离子对的相互作用，大大提高了离子含一量较高的SPET6M和SPETSMS的结晶性能。SPET/MMT纳米复合材料具有比纯SPET更好的热稳定性，这是由于蒙脱土本身的高热稳定性，以及其二维层状结构阻碍了聚合物分子链的分解，提高了热分解温度。

李培耀[5]选择自制的有机蒙脱土(OMMT)，不加入任何相容剂，直接与非极性聚合物进行复合，制备出了N侧OMMT、NR/B侧OMMT、NR/SBR/OMMT、EPDM/OMMT、HDPE/OMMT、LLDPE/OMMT、HDPE/LLDPE/OMMT、PP/OMMT等多种性能优异的非极性聚合物纳米复合材料。通过研究几种NR/OMMT复合材料的综合性能选择出最佳的OMMT。利用透射电子显微镜观察确认制备出了剥离型的N侧OMMT纳米复合材料，当OMMT仅为3.0phr时，拉伸强度提高了近l倍，撕裂强度提高了57%，氧气透过率降低了49%。.在不加入任何相容剂的条件下，制备出插层型的聚丙烯/有机蒙脱土纳米复合材料。这种插层型的聚丙烯/有机蒙脱土纳米复合材料，能够提高纯聚丙烯树脂的冲击性能至2倍多，而同时纳米复合材料的强度、刚性，尤其耐热性没有降低反而有所提高。

2.3凹凸棒石