聚合物凹凸棒土复合材料研究现状

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聚合物/凹凸棒土复合材料研究现状

作者：李宗霖陈丁猛董知之赵义平

来源：《科技创新导报》2012年第35期

摘要：凹凸棒土是一种天然的硅酸盐矿物，在机械、化工、农牧业、建材、石油、冶

金、食品等几十个领域有着广泛用途。该文介绍了凹凸棒土的基本机构和性能，重点介绍了凹凸棒土酸处理、偶联剂处理、表面活性剂处理以及超声分散等预处理改性方法。在此基础上，重点讨论了国内外聚合物/凹凸棒土复合材料研究现状。

关键词：凹凸棒土预处理聚合物/凹凸棒土复合材料研究现状

中图分类号：TQ330.383 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（b）-000-02

凹凸棒土（AT）是一种天然的硅酸盐矿物，属于海泡石族，其典型化学式为Si8Mg5O20（OH）2（OH2）4·4H2O，结构如图1所示[1，2]。作为一种重要的稀缺性非金属矿产资源，凹凸棒土在机械、化工、农牧业、建材、石油、冶金、食品等几十个领域有着广泛用途。从医疗的角度来看，凹凸棒土具有灭菌、除臭、去毒、杀虫性的功能。在酿造工业中，用凹凸棒土来澄清葡萄酒、苹果酒、啤酒等酒类制品，可以除去酒中的各种残渣杂质，使酒质纯净。从化工的角度看，凹凸棒土具有表面活性中心，除吸附外，还有催化作用，加工后的凹凸棒土制品是较为理想的吸附剂、食品加工助剂和食品添加剂，可取代活性炭。因此，凹凸棒被广泛用作干燥剂、防潮珠、吸附剂、催化剂载体和抗菌剂载体等。

凹凸棒土具有纤维状结构，其结构可分为三层。上下两层是硅氧四面体结构，中间一层是Mg-O八面体。这些结构单元按方格形式交错排列，构成c轴方向的双链状、沿a、b轴方向的层状结构。由于结构中存在晶格置换，故晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+。AT 的显微结构包括3个层次：一是凹凸棒土的基本结构单元—棒晶。棒晶呈针状，长约1 μm，

直径0.01 μm。因此，按照目前关于纳米粒子的分类，棒晶属于一维纳米材料；二是由棒晶紧密平行聚集而成的棒晶束；三是由晶束（包括棒晶）间相互聚集而形成的各种聚集体（粒径0.01～0.1 μm）[3]。

由于凹凸棒土的独特的结构特点，使得它不具有像蒙脱土那样的三层片状结构，因而不能发生插层反应。另外，由于凹凸棒土的阳离子交换容量（CEC）值较小，说明棒晶之间的聚集力是一种较微弱的物理吸附力，不同于蒙脱土粘土纳米单晶层之间的强大的离子键作用，这就为通过超声分散的方法合成凹凸棒土/聚合物纳米复合材料提供了理论上的可行性。而且，相比所有其它的天然矿物，凹凸棒土具有更大的表面积和吸附能力，且具有良好的力学性能和热稳定性，这就使得凹凸棒土成为增强材料的理想选择。

1 凹凸棒土的预处理