蒙脱石的有机改性及其分散性研究

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蒙脱石(Mt)的亲水疏油性不利于其在有机介质中的均匀分散,因此,限制了它在涂料、化妆品、钻井液、聚合物和纳米复合材料等方面的广泛应用,故需要对Mt进行有机改性,使Mt表面由亲水性转变为疏水性,以扩大其应用领域。本文以浙江安吉的钙基蒙脱土、十六烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基氯化铵为原料,通过离子交换的方法制备有机改性蒙脱石(OMt),探索了不同醇助剂及其浓度、不同阳离子表面活性剂及浓度改性Mt后对其层间距等微结构、接触角、胶体率的影响。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和胶体率等表征手段对OMt的结构进行分析。结果表明,表面活性剂在乙二醇中的溶解度最大,当水和乙二醇的体积比为75:25,1.0 CEC十八烷基三甲基氯化铵和十六烷基三甲基溴化铵改性Mt后,OMt的层间距最大达2.05 nm,在二甲苯中的胶体率为78%。利用非离子和季铵盐阳离子表面活性剂同时改性Mt,在季铵盐阳离子表面活性剂的浓度不变时,调节非离子表面活性剂浓度制备OMt,探讨表面活性剂在Mt上的吸附机理。XRD和FT-IR发现,随着表面活性剂的浓度增加,层间距增加至4.14 nm,疏水性增大;热重(TG-DTG)和接触角分析得,OMt的失重量越大,吸附在Mt表面的表面活性剂越多,疏水性更大;扫描电镜(SEM)图和粒径分析显示,相较于Mt原土,OMt表面结构更卷曲,片层更薄,粒径越小。通过以上结果分析QA~+通过静电作用、疏水作用和范德华力进入层间使Mt层间距变大,非离子表面活性剂和Mt的结构羟基发生氢键作用吸附在Mt上。研究OMt在二甲苯中的分散性发现,OMt颗粒与表面活性剂通过静电作用、氢键作用、疏水作用和范德华力相互作用,颗粒与颗粒以面-面、端-面、端-端多种模式结合的方式共同作用,表面活性剂和二甲苯产生疏水作用,使得OMt在二甲苯中能够均匀分散而不聚沉,胶体率达100%,并且稳定达96 h。
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