2-氨基吡啶/高岭土插层复合材料的制备与表征文献综述
2020-04-13 15:32:17
文 献 综 述
高岭土是一种以高岭石族矿物为主要成分、质地纯净的细粒粘土。其原矿外观呈白、浅灰等色,含杂质时呈黄、灰或玫瑰等色;致密块状或疏松土状,质软,有滑腻感,硬度小于指甲。相对密度2.4#8212;2.6;耐火度高,可达1700 #8212;1790℃可塑性低,粘结性小,具有良好的绝缘性和化学稳定性。纯净的高岭土锻烧后颜色洁白,白度可达80%#8212;90%。
高岭土的主要矿物组成是高岭石、地开石珍珠陶土、埃洛石等,高岭石的结构是由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体通过共同的氧互相连接形成的一个晶层单元,在硅氧四面体和铝氧八面体组成的单元层中,四面体的边缘是氧原子,而八面体的边缘是氢氧基团,单元层与单元层之间通过氢键相互连接。所以我们称之为1:1型二八面体层状硅酸盐矿物。在显微镜下,高岭土呈六角形鳞片状、单晶呈六方板状或书册状。平行连生的集合体往往呈蠕虫状或手风琴状。
高岭石的理想化学式为Al4(Si4O10)(OH)8,其理论化学组成为:SiO2 46.54%,A12O3 39.5%,H2O 13.96% , SiO2/A120:摩尔比值为2。自然界产出的高岭土的化学组成除SiO2, A12O3, H2O三种主要成分外,还含有少量的Fe2O3, TiO2,CaO, MgO, K2O, Na2O, P2O5, MnO:等氧化物,这与其矿物组成息息相关。高岭石含量越高则其化学成分越接近高岭石的理论成分。
高岭土在国民经济和日常生活中的应用特别广泛,现在已被广泛应用于油漆、涂料、造纸、橡胶、塑料、电缆、陶瓷、搪瓷、耐火材料、纺织、水泥、汽车、化学、环保、农业等很多领域。到目前为止,国内对高岭土的研究主要集中在对其性质的深层认识,另一方面在不断促进其在更多行业的应用。高岭土可增大材料的体积、提高塑料的绝缘强度、电阻,增强对红外线阻隔效果等。高岭土作为化工添加材料,可显著提高产品的档次,增加产品的附加值。
根据工业发达国家发展的经验,在经济和社会发展到一定程度后,非金属矿及非金属矿物材料的消费量和产值将超过金属矿及金属材料。中国是一个经济和社会正在迅速发展的世界大国,高新技术产业的快速发展、传统产业的技术进步、环保国策的全而落实以及在未来20年全而建设小康社会发展目标的实施将给非金属矿工业带来前所未有的发展机遇。
高岭土是非金属矿的一个重要细分行业,适逢这一难得的历史机遇,在未来的发展过程中将逐步提升行业的工艺和装备水平,提高产品的档次和技术含量,特别是根据高技术、新材料发展、新农村建设、节能和新能源发展以及建设环境友好型社会的需要来生产与之相适应的非金属矿产品;根据环境保护和循环经济发展的要求提高资源的综合利用率和高效回收采选尾矿;通过技术、标准等要素促进产品质量的提高和稳定。同时,在国家产业政策的引导和行业协会的推动卜,加快集约化经营的步伐,通过协作和竞争催生具有较强自主研发能力、自主知识产权、竞争力较强的大型企业集团,把高岭土行业做强做大。
高岭土表面改性是指用物理、化学、机械等方法对材料表面进行处理,根据应用的需要有目的地改变材料表面的物理化学性质,如表面组成、结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、光性、吸附和反应特性等,以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。许多的应用领域都对高岭土的表面或界面性质有特殊要求,为了满足应用的要求必须对其进行表面改性。高岭土表面改性是指根据应用的需要,用物理、化学或是机械的方法对高岭土粉体表面进行处理,以改变其表面的物理化学性质,满足现在材料、新工艺和新技术的需要。而高岭土的插层复合材料研究更是现在的一个热点,通过插层可以得到更加微细性能更优化的高岭土。
高岭石是一种具有层状结构的粘土矿物,能够与有机化合物形成高岭土/有机插层复合物。由于高岭土/有机插层复合物在聚合物/高岭土纳米复合材料、非线性光学材料和电流变液等方面的潜在应用价值,有关的研究受到人们的广泛注意。Lagaly已经阐明了高岭土插层作用的基本原理:某些活性有机化合物可以直接进人高岭土层间,使高岭土的层间距增加,甚至可以使高岭土剥片形成单层粘土。有些非活性的客体分子,虽然不能直接插入高岭土层间,但是可以利用”取代法”或在”夹带剂”存在的条件下,插人高岭土层间,吡啶就是这种分子,它是插层化学中典型的客体分子。1948年Macewan将毗陡分子插人到埃洛石层间;1966年Serratasa将毗吮正离子插人钠基蒙脱土和蛙石的层间,并认为毗吮分子以垂直于蛙石层片的取向存在于蛙石的层间。1969年Weiss虽然提到了高岭土/吡啶复合物的形成,但并未报道具体的细节,1989年Sugahara以水合高岭土作为中间体,成功地将吡啶及其衍生物插人高岭土的层间,使高岭土的层间距增加到1.2#8212;1.44 nm
本论文工作中,用溶剂热方法,将2-氨基吡啶插层到高岭土层间,得到2-氨基吡啶/高岭土。研究制备2-氨基吡啶/高岭土插层复合材料的工艺研究(插层剂浓度、插层温度、插层反应时间、溶液pH等)、对所得产品进行红外光谱分析、对产品进行元素分析以及对产品进行TG分析等表征。