粘土是指粘土礦物的集合體，有獨特的晶層重疊結構，具有資源豐富、價格便宜等特點，被認為是聚合物最理想的填料。由於粘土層間是水合陽離子，與高聚物或單體的相互作用較小，親水的微環境不利於有機物進入層問，因而需要對粘土表面進行改性處理。，當層狀粘土以納米級尺寸均勻分散於聚合物複合體系中時，結合聚合物長鏈結構及良好的加工性，此類材料的性能較其相應的巨觀或微米級材料有大幅度的提高，包括抗張強度，彈性模量，熱變形溫度性能等表現出全新的性質，如優越的透明性或性質的各向異性等。
基本介紹
- 中文名：改性黏土
- 外文名：Modifiedclay
- 定義：性質經過改良的黏土
- 方法：物理法，化學法和混合法
- 範圍：環保、建築、製藥、節能等領域
- 舉例：膨潤土和硅藻土改性法
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釋義
黏土改性法
膨潤土及硅藻土改性法
改性的目的及機理
改性黏土的套用
釋義
黏土是一種不可再生的非金屬礦物，包括高嶺石族，蒙脫石族，伊利石族等，種類繁多。粘土的結構特點為：由Si—O結構層狀骨骼，按夾在它們之間的離子種類形成各種層狀結構，並沿C軸重疊，具有巨大的殘缺表面，層間結合力弱，並存在著層內結構不飽和填充與扭曲等。粘土的這些結構層次之間存在著密切的聯繫和相互轉化的可能，尤為重要的是粘土表面存在大量 一OH斷鍵，為粘土表面改性提供了條件。通過物理和化學方法對黏土的物理和化學性質進行改良，使其擁有特定的改良特性。
黏土改性法
粘土按改性方法原理可分為物理改性、化學改性及物理和化學相結合的機械力化學改性。
物理改性：有機膨潤土經過超聲輻射後產生層問剝離，橡膠能夠插層進入粘土層問，形成納米分散結構的複合材料並具有較好的界面作用，從而提高材料的性能。
表面化學改性：
（1）活化劑改性粘土：利用表面活性的有機官能團等與粘土表面進行化學吸附或反應，從而使表面活性劑(通常有矽烷，鈦酸酯類偶聯劑，硬酯酸，有機矽等)覆蓋於粒子表面以增加其潤濕性。
（2）有機季銨鹽改性粘土：有機季銨鹽改性是改性粘土一種主要的方法。長碳鏈烷基季銨鹽如十八或十六烷基三甲基氯化銨或溴化銨是使用最多的改性劑，也可不直接用長碳鏈季銨鹽，而採用長碳鏈脂肪胺，脂肪胺先與鹽酸作用產生鹽酸鹽並離解成胺的陽離子，再與粘土層問的水合陽離子進行交換。經上述兩步反應後有機胺陽離子進入粘土晶層空間，使片層表面得到改性，晶層間距增加，片層表面被有機離子上的烷基長碳鏈覆蓋，從而使其表面由親水性變為親油性，增加了粘土與高分子的親和性，同時較長的烷基分子鏈在片層問以一定方式排列，可使層問距增加，有利於聚合物大分子插層到片層。
（3）聚合物單體改性粘土：將聚合物單體作為改性劑直接插層到蒙脫土片層間，再通過原位加成聚合得到納米複合材料。
（4）其它有機改性劑：用椰油醯胺丙基甜菜鹼(CAB)改性的蒙脫土分散在環氧樹脂/甲基四氫化鄰苯二甲酸酐體系中形成環氧樹脂的納米共混體系。還有採用苯酚和甲醛在草酸的催化下對蒙脫土進行了改性，改性土的層間距顯著擴大，在環氧樹脂中能良好分散形成剝離型的納米複合材料，以及採用有機磷鹽如四甲基溴化磷、三甲基苯基碘化磷改性蒙脫土。
機械力化學改性：機械力化學改性是在粉磨過程中
加入合適的表面改性劑，利用機械應力對粒子表面進行激活，以改變其表面晶體結構和物理化學結構。由於晶格發生位移，內能增大，在外力作用下，填料表面與其他物質發生作用，達到表面改性的目的。
膨潤土及硅藻土改性法
膨潤土改性法：酸處理/熱處理、陽離子改性、鈉化改性。
硅藻土改性法：酸處理/熱處理、陽離子改性、無機/有機混合改性。
（1）酸處理/熱處理。將膨潤土、硅藻土磨碎至60目，按一定的固液比加入體積分數Ψ=5%的鹽酸，在水上加熱（60℃）1.5h，再於室溫下放置過夜，用布氏漏斗抽濾，用水洗至中性。
酸處理後的膨潤土、硅藻土要進行乾燥和焙燒，乾燥處理是在105℃下烘1～1.5h，其作用是除去吸附水。乾燥後再置於400℃馬弗爐焙燒2h。
（2）陽離子改性膨潤土、硅藻土的製備。室溫下以固液比1：10置膨潤土、硅藻土原土於一定濃度(0.21mol/L，以鎂鹽計)的鋁鹽/鎂鹽(摩爾比4：1)混合液中攪拌2h，靜止4h後抽濾，並用蒸餾水洗滌數次，80℃下烘乾1h，研細後過80目篩，即分別為陽離子硅藻土和陽離子膨潤土。
（3）無機/有機混合改性。用鋁鹽/鎂鹽混合液進行陽離子改性，取代黏土表面及層間陽離子，再用脂肪銨陽離子覆蓋。具體方法為：水250mL，95%乙醇250mL，十六胺0．002mol，膨潤土10g及鹽酸0.002mol，在75℃左右反應16h完成改性。過濾、乾燥(80℃，1h)後即可得無機/有機混合改性吸附劑。
（4）膨潤土的鈉化改性。方法為：碳酸鈉用量為4%，礦漿濃度為15%，攪拌時間15min。
改性的目的及機理
粘土層間存有大量的無機陽離子，表現為親水性，不利於其在有機相中分散。利用晶層間金屬離子的可交換性，以有機陽離子交換金屬離子，有機陽離子吸附在粘土層片上，有機部分嵌在層間，從而使層間距增大，使層間由親水轉變為疏水，有助於提高複合材料降低粘土表面能，以利於粘土晶層均勻地分散於聚合物中。當層狀粘土以納米級尺寸均勻分散於聚合物複合體系中時，結合聚合物長鏈結構及良好的加工性，此類材料的性能較其相應的巨觀或微米級材料有大幅度的提高，包括抗張強度，彈性模量，熱變形溫度性能等表現出全新的性質，如優越的透明性或性質的各向異性等。因此開發利用粘土作為的補強劑，有著廣闊的前景。
改性黏土的套用
改性粘土在環境污染治理中的套用可分為吸附水中的重金屬離子, 空氣污染的治理, 處理水中的離子型化合物，治理赤潮，處理水中的有機污染物等。在其他領域中也有巨大作用，改性黏土可作用於建築材料，橡膠工業，藥物開發，石棉替代品，節能方面的套用。
