硅酸盐矿物 粘土硅酸盐矿物改性技术研究现状

一般来说，粘土矿物是细分散的、水合层状硅酸盐矿物、层状链状硅酸盐矿物和水合无定形硅酸盐矿物，它们具有一些特殊的性质，如吸水膨胀性、可塑性、吸附离子交换性、分散性、触变性、耐火性和可烧结性等。，因此它们具有很高的经济价值和应用价值。改性是粘土应用中的必要环节，改性后的粘土具有更大的应用潜力。

粘土矿物的改性及功能制备技术主要包括以下几个方面。

01粘土矿物的主动激发/活化

粘土矿物的主动激发包括两个技术路线:一是高温激发。比如650~800℃煅烧的高岭土会改变其结构，由于脱水和层状结构破坏会形成结晶度较差的偏高岭土。偏高岭土因其不规则的分子排列和热力学亚稳态而具有良好的火山灰活性。

粘土矿物活化的另一种途径是酸碱活化。在酸性和碱性条件下，粘土矿物颗粒表面的羟基发生化学反应，形成基于粘土矿物颗粒的新聚合物。

碱活化粘土矿物的一个重要应用是由偏高岭土矿物制备地质聚合物。地质聚合物是以硅氧四面体和铝氧四面体为结构单元形成的三维网络结构的无机聚合物。碱激发偏高岭土制备的地聚合物修补材料具有速凝、早强、耐久、耐腐蚀、环保的特点。近年来，研究人员对地质聚合物研究的兴趣不断增加，研究机构和发表的研究论文数量也呈指数级增长。

粘土矿物表面接枝技术

粘土表面有许多硅氧烷基团、硅烷基团和铝醇基。这些活性基团可以与各种有机化合物发生化学反应，可以根据需要在粘土的结构中引入不同类型的有机官能团，这将导致粘土矿物表面的物理化学性质发生变化。在液相环境中，粘土矿物的表面羟基可以与溶解的物质发生反应。将有机大分子接枝到粘土矿物上的常用方法有两种:一种是通过非均相醚化或非均相酯化将有机大分子直接接枝到矿物基质表面；另一种是利用紫外光在矿物表面产生自由基，引发烯烃单体(苯乙烯、丙烯酸、丙烯等)。)形成烯烃自由基，然后继续进行自由基聚合，在矿物表面形成聚合物链。

由于有机化合物种类繁多，与粘土矿物的相互作用复杂，粘土矿物接枝的研究内容丰富，利用前景广阔。目前，接枝有机粘土矿物已广泛应用于石油化工、橡胶塑料、油漆涂料等工业领域。

03粘土矿物插层技术

利用粘土特殊的层状结构，可以在粘土硅酸盐层间插入无机离子基团和有机分子，使粘土矿物的物理化学性质发生显著变化，从而使粘土矿物广泛应用于高分子材料、固体电解质、高性能陶瓷等领域。

以高岭土插层为例，说明插层技术的应用。高岭土为八面体1∶1层状硅酸盐结构。每层单元由一层硅氧四面体和铝氧八面体通过一个共同的顶点氧原子连接而成。这些层不含可交换离子，通过氢键紧密相连。天然高岭土的粘度浓度通常在50%至65%之间，但纸张涂料所需的高岭土的粘度浓度通常在66%至68%之间。极性分子(如二甲亚砜、尿素、肼等。)插在高岭土层间，这些极性分子与铝氧四面体和硅氧八面体形成氢键，从而增加了高岭土的层间间距，减弱了层间间距力，从而增加了高岭土的粘度浓度。通过尿素插层技术，高岭土的粘度浓度可从68%提高到74%以上，满足了高岭土在造纸涂布工艺中的应用。

目前，插层高岭土的研究正在逐步深入，包括制备、结构和性能表征等。粘土矿物插层材料的应用领域逐渐转向更先进的领域，如用作聚合物基摩擦材料和高温缓凝剂的插层膨润土，用于高性能有机纳米陶瓷、非线性光学材料、纳米反应器等领域的插层高岭土和埃洛石。

目前，粘土矿物的活化、接枝和插层改性技术越来越完善，效率也在逐步提高，因此粘土矿物的改性研究正在不断深入。我国粘土矿物资源丰富，开展粘土矿物改性研究可以增强其理化性质，提高产品价值。粘土矿物活化、接枝和插层技术的研究有助于提高产品的竞争力。