插層改性是提高高嶺土產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，高嶺土有機(jī)插層復(fù)合物既具有粘土礦物分散性、流變性、吸附性，又具有有機(jī)分子官能團(tuán)和反應(yīng)活性，可用于高性能有機(jī)納米陶瓷、環(huán)境污染修復(fù)材料、高性能增強(qiáng)聚合物基納米復(fù)合材料、非線光學(xué)材料、納米反應(yīng)器等高端應(yīng)用領(lǐng)域。
1、高嶺土插層改性的機(jī)理
高嶺土是一種由鋁氧八面體以及硅氧四面體片層組合而成的混合物，其層內(nèi)是強(qiáng)烈的共價(jià)鍵作用，而層間是氫鍵作用。由于高嶺土層間具有很強(qiáng)的氫鍵作用，并且可以置換的離子不存在，所以能夠直接插入到高嶺土層間的有機(jī)小分子不多，主要包括：二甲亞砜、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、醋酸鉀以及PNO等。
另外，雖然有些分子無(wú)法直接插入高嶺土層間，但可以借助間接方式（如取代）插入其中，這類分子主要包括：苯甲酰胺、脂肪酸鹽、1,4-丁二醇、對(duì)硝基苯胺以及烷基胺等。
2、高嶺土插層改性的方法
?。?）液相插層法
液相插層法作為比較常用的一種高嶺土插層改性法，其應(yīng)用范圍比較廣。插層劑在乳液或溶液狀態(tài)下的反應(yīng)，是對(duì)液相插層法的體現(xiàn)。液相插層根據(jù)取代次數(shù)的多少，可以進(jìn)行劃分，包括直接插層法、一次及二次取代法等。
在對(duì)液相插層法進(jìn)行選擇過(guò)程，比較關(guān)鍵的一點(diǎn)在于對(duì)預(yù)插層體的選擇。穩(wěn)定性與層間距，是一個(gè)好的預(yù)插層體需要具備的兩大特征。
（2）蒸發(fā)溶劑插層法
蒸發(fā)溶劑插層法作為一種液相插層，其原理在于：首先小分子蒸發(fā)溶劑需要完成濃縮混合環(huán)節(jié)，然后再進(jìn)入高嶺土層間，繼續(xù)完成插層環(huán)節(jié)。只整個(gè)過(guò)程中，溶劑會(huì)持續(xù)蒸發(fā)，并且溶液濃度會(huì)逐漸增大。
?。?）機(jī)械力化學(xué)插層法
機(jī)械力化學(xué)插層法的原理在于：借助機(jī)械研磨、攪拌、剪切以及抽濾過(guò)程所產(chǎn)生的作用，將機(jī)械能施加于插層劑中，以此誘發(fā)其發(fā)生物理或化學(xué)性質(zhì)的反應(yīng)，進(jìn)而讓高嶺土與插層劑之間產(chǎn)生作用，促使高嶺土插層改性的順利實(shí)現(xiàn)。
機(jī)械力化學(xué)法適用于常溫下按熱力學(xué)條件不能發(fā)生的反應(yīng)，及高溫環(huán)境下，難以對(duì)揮發(fā)成分較為嚴(yán)重的合成反應(yīng)純度加以控制。
?。?）微波輻射插層改性
通常情況下，微波頻率的電磁波會(huì)在300MHz～300GHz之間，在化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)被用到，并且不斷中斷化學(xué)鍵。微波對(duì)電偶極矩物質(zhì)分子能夠產(chǎn)生刺激作用，促其朝著高頻偶極方向轉(zhuǎn)化，使得在一定條件下，處于亞穩(wěn)狀態(tài)的極性分子，也能夠直接插入高嶺土層間，實(shí)現(xiàn)層間距的增加，從而促使聚合物分子插入高嶺土層。
在借助微波輻射插層法，對(duì)高嶺土插層復(fù)合物進(jìn)行制備過(guò)程，插層劑的選擇時(shí)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，經(jīng)試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，大偶極矩以及大小接近的分子之間產(chǎn)生的促進(jìn)作用才比較明顯。在利用微波輻射法進(jìn)行高嶺土插層改性時(shí)，通常用水作溶劑或者是促進(jìn)劑。
（5）超聲波插層改性
波段頻率超過(guò)20KHz的就稱為超聲波，其特點(diǎn)主要包括：短波長(zhǎng)、高頻率、傳播效果好，同時(shí)具備較強(qiáng)的穿透性能。由于超聲波的機(jī)械特性，在插層改性高嶺土?xí)r，可凝膠液體、分散固體，促使高嶺土與插層劑實(shí)現(xiàn)均勻混合；同時(shí)由于超聲振蕩的空化作用比較明顯，所以能夠在插層中形成相應(yīng)的作用，以實(shí)現(xiàn)清除雜質(zhì)的效果。
由于超聲波具有高頻率、大能量特征，吸收了插層劑等介質(zhì)之后，能夠產(chǎn)生的熱效應(yīng)比較顯著，與此同時(shí)，還能夠加快物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)。通常熱效應(yīng)與空化共同作用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)時(shí)間的有效縮短，而且能夠促進(jìn)插層效率的提高。另外，借助超聲波還可以實(shí)現(xiàn)能源的有效節(jié)約，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的效果。
（6）插層-磨剝法
磨剝法的原理是借助于研磨介質(zhì)在水中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相互間產(chǎn)生剪切、擠壓、沖擊和磨剝作用，使較大的疊層剝開(kāi)，并趨向于單個(gè)晶體。磨剝法主要使用的設(shè)備有介質(zhì)攪拌磨、球磨機(jī)和砂磨機(jī)。
磨剝法是目前國(guó)內(nèi)外較為普遍使用的傳統(tǒng)剝片方法，技術(shù)比較成熟。計(jì)算機(jī)與磨剝?cè)O(shè)備的連接，更使得磨剝技術(shù)得以充分發(fā)揮，也降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，更提高了生產(chǎn)的安全性，同時(shí)也保證了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量的穩(wěn)定。
?。?）化學(xué)浸泡-磨剝法
化學(xué)浸泡法是用化學(xué)藥劑對(duì)高嶺土進(jìn)行浸泡，將浸泡劑浸入到高嶺土疊層中，使得高嶺土層間距變大，層間氫鍵結(jié)合力隨之變?nèi)?，高嶺土晶層間的結(jié)合力也就變?nèi)?，從而使高嶺土疊層分開(kāi)。
來(lái)源：曹青,李?yuàn)W.插層劑對(duì)高嶺土插層改性的研究進(jìn)展[J].中國(guó)陶瓷,2016,52(04):11-16.
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