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高岭石是一种常见的工业原料,被广泛应用于造纸、陶瓷、橡胶、塑料、涂料、医药等领域。近些年来,利用高岭石插层技术制备性能优异的有机-无机纳米杂化材料,在很多新领域存在巨大的应用前景,已引起人们越来越大的关注。但由于高岭石层间存在较强的氢键作用,只有少数极性较强的有机小分子才能直接插层进入高岭石层间,而大多高岭石有机插层复合物需要通过置换插层法才能获得。因此,寻找一种高效、适用性更广的高岭石插层前躯体则显得尤为重要。水合高岭石是一种新的环保型插层前躯体,但目前常见的水合高岭石大多需要三步置换法才能得到,这大大限制了其应用价值。而利用直接插层的高岭石复合物制备水合高岭石,则可以大大简化制备工艺,促进这种新型插层前躯体的应用。此外,高岭石晶粒大小是一项重要的质量评价标准,高岭石有机插层复合物也常被应用于剥离高岭石,其中接近单片层结构的高岭石纳米薄片在聚合物纳米复合材料等领域具有很大的应用价值。
本文在查阅大量文献的基础上,全面综述了国内外关于高岭石有机插层复合物的研究状况,并总结了水合高岭石的制备和高岭石的剥离方法。本文则主要以尿素/高岭石插层复合物和肼/高岭石插层复合物为中间相,对水合高岭石的形成和高岭石的剥离进行了研究,具体研究的内容和结论如下:
本文通过研磨后续热处理法制备尿素/高岭石插层复合物,以及通过液相插层法制备肼/高岭石插层复合物。按质量比1:1的高岭石和尿素混合研磨1h后,经95℃处理48h可获得插层率为89.4％的尿素/高岭石插层复合物;而高岭石与17mol/L的肼溶液反应24h后可获得插层率为98.4％的肼/高岭石插层复合物。尿素/高岭石插层复合物经不同温度水洗和酸洗处理后,高岭石晶粒厚度从约25nm减小到约8-10 m,同时可获得不同含量的水合高岭石,其中经90℃水洗5min后,可获得含量为64％的d001=0.85nm水合高岭石;而将肼/高岭石插层复合物在60℃下热处理2h,可获得80％左右的d001=0.84nm水合高岭石;水合高岭石与乙二醇作用后,可全部转变成乙二醇/高岭石插层复合物,说明水合高岭石可以作为一种新的环境友好型插层前躯体。将肼/高岭石复合物与双氧水作用进行剥离处理,再加入活性剂并静置一段时间,可以获得大小为100nm-200nm、厚度接近单片层结构的高岭石纳米薄片和纳米管。