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高岭石是一种典型的层状硅酸盐矿物,其结构由硅氧四面体和铝氧八面体以1:1的方式逐层排列而成。每个硅氧四面体的氧与相邻的铝氧八面体的羟基以氢键相连,层与层之间靠范德华力结合在一起。层与层之间有大约0.7nm的空隙,在浸泡、机械研磨、超声波或微波条件下,有机小分子可以插入高岭石层间制备出高岭石插层复合物。本文对声化学法插层高岭石进行了研究,制备了高岭石/聚丙烯酰胺插层复合材料,并对该复合材料的微观结构、保温性能、力学性能等进行了分析。
以乙二醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜及双氧水/冰醋酸等为插层剂,采用声化学法,对高岭石进行了插层研究。研究了插层剂种类对高岭石插层率的影响,在此基础上,重点研究了以二甲基亚砜作为插层剂的情况下,超声波功率、插层时间及插层剂的质量分数等工艺因素对插层率的影响。采用XRD分析方法测试了高岭石的插层效率。结果表明:二甲基亚砜作为插层剂时插层率最高,插层率可达100%。二甲基甲酰胺和乙二醇次之,双氧水/冰醋酸插层率最低,插层率仅为14.9%。以二甲基亚砜为插层剂时,随着超声功率的增大,插层率先升高后降低;随着插层时间的延长,插层率呈增长趋势;而二甲基亚砜的质量分数对插层率的影响不大。在二甲基亚砜质量分数为75%、超声功率为300W、插层时间为2小时的条件下,插层率达到100%,高岭石层间距从0.71nm被有效增大到1.10nm。
以高岭石/二甲基亚砜复合物、丙烯酰胺为主要原料,通过替代作用制备了高岭石/丙烯酰胺插层复合物。以过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂,使层间的丙烯酰胺原位聚合,制备了高岭石/聚丙烯酰胺插层复合材料。研究了丙烯酰胺单体浓度、引发剂用量、聚合时间、聚合温度等工艺因素对复合材料微观结构的影响,对该复合材料的导热系数、耐酸碱性能、耐高温、抗折及抗压强度进行了测试。结果表明高岭石/丙烯酰胺最佳聚合工艺为:丙烯酰胺单体浓度为10%,引发剂用量为丙烯酰胺单体的0.1%,聚合温度为60℃,聚合时间为30min。通过调整有机物和硅酸盐的比例,测试复合物的强度,当有机物和硅酸盐的比例为2:3时,复合物的抗折强度达到最大为27.8MPa,抗压强度为7.55MPa。综合热分析结果表明,复合物中的有机物在400℃时开始分解,所以该涂层能耐400℃。导热系数测试结果表明:该涂层材料在室温下导热系数为0.032W/m·K。
以高岭石、海泡石、珍珠岩为主要原料,聚丙烯酰胺为粘结剂制备了保温板,主要研究了珍珠岩含量对该保温板导热系数的影响。结果表明,随着珍珠岩含量的增加,保温板的导热系数先降低后升高,当珍珠岩质量分数为30%时,导热系数最低可达0.063W/m·K。