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高岭土具有独特的物理和化学性质,是工业生产不可或缺的矿物资源之一。随着人类社会的发展,普通高岭土等矿物资源逐渐稀缺,寻求与其性质相似的替代性矿物,是解决能源危机的必须途径。煤系高岭土是我国特有的矿产资源之一,在我国储量丰富。经过煅烧、超细粉碎或表面改性等工艺加工后的煤系高岭土,能够替代非煤系高岭土,广泛应用于陶瓷、填料、医药化工等领域。国内外对煤系高岭土的研究工作起步较晚,对于其深加工技术等的研究较少。本实验以经过不同时间机械磨剥的煤系高岭土为原料,制备煤系高岭土/二甲基亚砜插层复合材料。之后以煤系高岭土/二甲基亚砜复合材料为前驱体,制备煤系高岭土/乙酸铵插层复合材料,再通过机械磨剥与超声相结合的方法对复合材料进行剥片处理。最后将经过插层、剥片的煤系高岭土进行表面改性,填充到聚丙烯中,探讨不同添加量对复合材料力学性能的影响。
本研究主要内容包括:⑴随着对煤系高岭土直接机械磨剥时间的增加,煤系高岭土的颗粒尺寸有所降低;同时,以之制备的煤系高岭土/二甲基亚砜复合材料的插层率略有下降,这与机械磨剥过程对高岭石的片层结构的破坏相关。⑵乙酸铵的插层率随反应温度变化最为明显,随着反应温度的增加,乙酸铵的插层率逐渐增大。在20mol/L的乙酸铵溶液中,60℃反应6h制得插层率为84.18%的煤系高岭土/乙酸铵插层复合材料,高于煤系高岭土/二甲基亚砜前驱体的插层率77.68%。X射线衍射分析、红外光谱分析和热分析等进一步证实了乙酸铵成功嵌入高岭石层间。⑶以机械磨剥与超声相结合的方法对煤系高岭土/乙酸铵复合材料进行剥片处理后,煤系高岭土的比表面积由16.0619 m2/g增加到最大34.4383 m2/g。经过剥片后,高岭石晶体厚度变薄,煤系高岭土的颗粒粒径明显减小。⑷将经过插层-剥片及表面处理的煤系高岭土作为填料以不同比例填充聚丙烯,其测试结果表明:复合材料的整体力学性能随着煤系高岭土填充量的增加呈现先提高后降低的趋势,这与煤系高岭土在复合材料中的分散情况有关。在煤系高岭土的填充量为3%时,复合材料的整体力学性能最佳。