超声波技术改性膨润土及其应用
微波和超声波协同有机膨润土合成的技术
微波和超声波协同有机膨润土合成的技术微波和超声波协同有机膨润土合成技术是一种高效、环保的材料合成方法。
在这种技术中，微波和超声波被应用于有机膨润土的制备过程中，以提高合成效率并改善材料性能。
有机膨润土是一种以天然膨润土为基础，通过有机改性剂的导入而获得的功能化材料。
它具有较大比表面积、高吸附性、良好的分散性和稳定性等优点，广泛应用于环境污染治理、油水分离、药物缓释、土壤改良等领域。
然而，传统的有机膨润土合成方法存在合成时间长、材料性能不稳定等问题，这限制了其在实际应用中的推广和应用。
微波和超声波作为一种非热效应工具，可以在非常短的时间内提供高能量密度，实现快速加热和传递。
在有机膨润土合成过程中，微波和超声波的应用可以加速反应速率，提高反应效率，并且还可以改善材料的性能。
具体而言，微波辐射通过分子间的电磁作用力激活有机改性剂，加速有机改性剂与膨润土之间的离子交换反应和共价键形成反应。
同时，超声波振动作用下的剪切力和撞击力可以破坏膨润土聚集结构，使得有机改性剂更容易进入膨润土层间距离。
因此，微波和超声波协同作用下的合成反应具有更高的反应速率和更大的反应均匀性。
近年来，研究者们在微波和超声波协同有机膨润土合成方面做了大量的工作。
例如，他们发现提高微波和超声波功率、优化反应体系、控制反应时间等因素都可以显著提高合成效率。
此外，他们还发现不同的微波和超声波参数对合成材料的结构和性能有不同的影响，如颗粒大小、孔隙度、吸附性能等。
因此，在合成过程中，合理选择适当的微波和超声波参数，可以实现材料性能的调控和优化。
微波和超声波协同有机膨润土合成技术具有广阔的应用前景。
它不仅可以有效解决传统合成方法存在的问题，还可以提高合成效率和材料性能。
此外，该技术还具有能耗低、无污染、易于操作等特点，符合现代社会对绿色环保的要求。
因此，微波和超声波协同有机膨润土合成技术有望在环境、材料、药物等多个领域得到广泛的应用。
总而言之，微波和超声波协同有机膨润土合成技术是一种高效、环保的材料合成方法。
超声波技术改性膨润土及其应用
产 品。 １ ４ 试样 制 备 ．
Ｃ １ ４ 促进 剂 ＤＭ ０ ４ 硫 黄 Ｚ ．； ．；
１ ５ ．。
Ｊ ９ —Ｉ 声 波 细 胞 粉 碎 机 ， 率 为 ２ Ｙ ２ １超 频 ０～２ ５
ｌ－ ， 海新 芝 生物 研 究所 产 品 ； ｍｘⅢ型 Ｘ射 线 ｄＩ 上 ｚ Ｄａ ＿
衍 射仪 ， 电压 为 ３ Ｖ， 钾 ａ射 线 ， 描 速 度 管 ０ｋ 铜 扫
先将 一定 量 的 Ｎ Ｒ胶 乳 稀 释 到 质量 分 数 为 Ｂ ０ １ ， 将 有机 改性 膨 润 土分 散 于蒸 馏水 中 ， 者 ．０ 再 两
十六烷 基 三 甲基 氯 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 铵 （ 下 简 称 Ｃ６ ， 以 １）活
作者简介 ： 周艳 （９ ５ ）女 ， １７ 一 ， 湖北 当阳人 ， 华南 理工大学 在读 博士研 究生 ， 主要从事高分子材料 的合成 、 制备 与改性 工作。
１ ２ 基本 配方 ．
ＮＢ １０ 硬 脂 酸 Ｒ ０；
１ ３ 试 验设 备 与仪 器 ．
２ 氧化锌 ；
４ 促 进 剂 ；
应具有较强的相互作用 ， 这样 才能较好地 利用有
机基质 来 阻止 无 机 纳 米 微 粒 的 团聚 ， 此 有 必 要 因 对 膨 润土 表 面进 行有 机改 性处 理 。利 用膨 润 土层 间 阳离 子 的可 交 换 性 以及 片 层 的可 膨 润 性 ， 可将 长 碳链 有 机 季 铵 盐 置 换 到 层 问得 到 有 机 化 膨 润
膨润土的改性及其应用
膨润土的改性及其应用摘要：膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿，具有膨润性、粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性等特性，因从广泛用于各个工业领域。
但由于膨润土的多重性质，使其在实际应用中受到多重限制，且不能达到很好的效果。
所以，为了提高膨润土的使用价值及其效率，应该对膨润土进行改性，以提高其价值。
膨润土具有很高的科研价值，对各种领域都有极其重要的作用。
国内外已在工农业生产24领域100多个部门中应用，有300多个产品,因而人们称之为“万能土”。
我国膨润土的储量世界第一位，种类齐全，分布广，遍布26个省市，产量和出口均居世界前列。
因此，膨润土的发展和研究对我国具有极其重要的意义。
关键词：膨润土；改性；意义；应用；前景Abstract：The bentonite is mainly to montmorillonite aqueous clay mineral, with swelling, adhesion, adsorption, catalysis, thixotropy, suspension and cation exchange properties, widely used in various industrial fields from. But as a result of bentonite multiple nature of the constraints, so that in the practical application subject to multiple constraints, and can achieve good results. Therefore, in order to improve bentonite use value and efficiency, to bentonite should be modified, to enhance its value. Bentonite has very high research value, to the various fields have extremely important role. At home and abroad has been in production of industry and agriculture24areas more than 100 departments in the application, there are more than 300products, so people called the "universal soil". China's Bentonite reserves are the world the first, variety complete, widely distributed, in 26 provinces and cities, and export crop all occupy world front row. Therefore, bentonite on the development and research to our country has very important significance.Keywords：Bentonite; Mdification; Sgnificance;Aplication;Prospect引言膨润土是一种黏土岩、亦称蒙脱石黏土岩，常含少量伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、沸石、石英、长石、方解石等；一般为白色、淡黄色，因含铁量变化又呈浅灰、浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑色等；具蜡状、土状或油脂光泽；膨润土有的松散如土，也有的致密坚硬。
《2024年改性膨润土吸附剂的制备及其在废水处理中的应用》范文
《改性膨润土吸附剂的制备及其在废水处理中的应用》篇一一、引言随着工业化的快速发展，废水排放问题日益突出，如何有效地处理废水已成为环境保护的紧迫课题。
膨润土作为一种天然的非金属矿产品，具有优异的吸附性能和物理化学性质，因此其在废水处理中的应用日益受到关注。
然而，原始的膨润土吸附性能往往无法满足复杂废水的处理需求。
因此，本文旨在探讨改性膨润土吸附剂的制备方法及其在废水处理中的应用。
二、改性膨润土吸附剂的制备1. 材料与设备制备改性膨润土吸附剂所需的主要材料包括膨润土、改性剂等。
设备主要包括搅拌器、烘箱、研磨机等。
2. 制备方法改性膨润土吸附剂的制备主要包括以下步骤：首先，对膨润土进行粉碎、研磨，使其达到所需的粒度；其次，将改性剂与膨润土混合，进行充分的搅拌和反应；最后，将反应后的物质进行烘干、研磨，得到改性膨润土吸附剂。
三、改性膨润土吸附剂的特性改性后的膨润土吸附剂具有以下特点：一是具有更高的比表面积和孔容，从而提高了吸附能力；二是改性剂的使用改善了膨润土的表面性质，使其对废水中的有害物质具有更好的亲和力；三是改性膨润土吸附剂具有良好的再生性能，可以重复使用。
四、改性膨润土吸附剂在废水处理中的应用1. 处理含重金属废水改性膨润土吸附剂对含重金属废水的处理效果显著。
由于改性后的膨润土具有较高的比表面积和良好的表面性质，可以有效地吸附废水中的重金属离子，从而达到净化水质的目的。
2. 处理有机废水改性膨润土吸附剂对有机废水的处理也有很好的效果。
通过改善膨润土的表面性质，使其对有机物产生强烈的亲和力，从而有效地去除废水中的有机物。
3. 实际应用及效果改性膨润土吸附剂在实际应用中表现出良好的处理效果。
例如，某化工厂采用改性膨润土吸附剂处理含铬废水，处理后的水质达到国家排放标准，同时降低了处理成本。
又如，在某印染厂使用改性膨润土吸附剂处理染料废水，有效地去除了废水中的有机物和重金属离子。
五、结论改性膨润土吸附剂具有优异的吸附性能和物理化学性质，其在废水处理中的应用具有广阔的前景。
超声波钠化改型膨润土
天 然钙 基 膨 润 土 ， 宁 建 平 出产 ； ３ 辽 ７ ２型 阳
量增大 ， 在水介质 中分散性好 ， 胶质价高 ， 胶体悬
浮 液触 变 性 好 ， 滑 性 、 稳 定 性 好 润 热 ， 此， 因 它 的 利 用价 值 显著 提高 ， 有 广 阔 的市 场 前 景． 具
膨 润土 钠化 改型 成 为膨 润 土 深 加 工 的一 项 重 要
种 非金 属矿 产资 源 ． 目前 以膨润 土 为原料 开 发
的各 种深 加 工 产 品 ， 钠 基 土 、 机 土 、 性 白 如 有 活 土 、 机 或有机 凝 胶 、 子筛 等 ， 无 分 广泛 应用 于石 油
钻井 、 石油化 工 、 冶金铸造 、 医药卫 生 、 业 、 农 环 保 、 妆 品等领 域 中 … ． 化
通讯联 系人 ： 封禄 田（９ １ ） 男 ， 宁清原人 ， １６ 一 ， 辽 教授 ， 博士 ， 主要从事精细化工材料方面的研究．
第 ３期
张丽萍 ， ： 等 超声波钠化 改型膨润土
合， 树脂 用量 为蒙 脱 石 质量 的数 倍 ， 于 设定 温 置 度 的超声 波水 浴 中 ， 反应一 定 时 间 ， 化 ２ｈ后 ， 陈 取 下离 心 ， 去下 层 沉 淀 ， 部 分 上层 钠 基 蒙 脱 除 取 石悬 浮 液 ， １０ｏ 于 １ Ｃ下烘 干 ， 经研 磨 、 过筛 ， 备用 ．
生 如下 离 子交换 平衡 ：
Ｃａ Ｍ Ｍ Ｔ 十２Ｎａ ￣ Ｎａ ． Ｍ Ｔ ＋ Ｃａ — ． － ．Ｍ
将天然膨润土与水按质量比 １ ： ６混合 ， 充分
搅拌 ， 浸泡 １ ２ｄ 再 搅 拌 均 匀 ， 置 １ ｎ 抽 — ． 静 ５ｍｉ， 取上层 一 定 高 度 范 围 （ 由上 至 下 ） 内的 土 浆 ， 测 出 固含量 备用 ． １２２ 超声 波树 脂 制备钠 基膨 润 土 ．． 取适 量膨 润 土土 浆 与 一 定 量 的 树脂 直接 混
技术膨润土6大应用领域及最新研究进展！
技术膨润土6大应用领域及最新研究进展！膨润土是一种含水粘土岩，其主要组分为蒙脱石类矿物，含量在85%～90%之间。
只有当蒙脱石含量达到可加工的含量时才被称为膨润土，因此膨润土的一些性质都是由蒙脱石所决定的。
膨润土具有优异的膨胀性、吸附性、阳离子交换性、催化性、粘结性、悬浮性和可塑性，常作为粘结剂、悬浮剂、吸附剂、净化剂及稠化剂等被广泛应用于钢铁、石油、化工、纺织、药品等诸多领域。
1、环境领域《产业关键共性技术发展指南（2017年）》中明确指出：要发展用于工业废水处理的矿物功能材料深加工技术，主要技术内容：•膨润土等矿物功能材料的改性、改型技术；•增加矿物功能材料比表面积、调整表面电荷等技术；•矿物功能材料在工业废水处理中的应用技术。
在环境领域，膨润土可作为吸附剂处理废水中的重金属离子、有机污染物和放射性物质，也可以作为吸毒剂来吸收核辐射油污、处理城市生活垃圾、净化工业废气等，其中用于废水处置的最多，应用前景也极为广阔。
印染废水是近年来环境保护的一个突出问题。
王静利用改性膨润土作为吸附剂，在恒温（294K）和pH初始值大于3的条件下，浓度为100mg/L的甲基橙（MO）和0.5g改性膨润土混合接触30min后，MO的脱色率超过了90%，对甲基蓝（MB）也达到了同样显著的效果，成功解决了MO染料废水的处置问题。
何华玲使用壳聚糖作为改性剂对钠基膨润土进行改性得到壳聚糖膨润土，并将其用于活性染色净水工艺中，结果达到了净水处理排放标准。
潘嘉芬等采用钠化改性的钙基膨润土对印染废水进行物理吸附，经处理后水的浊度明显降低，COD的去除率也显著提高。
随着人们环保意识的提高，如何有效地改善室内空气质量备受关注。
陈树沛采用钙基膨润土、钠化膨润土与酸化膨润土分别对甲醛气体进行吸附，发现酸化膨润土在到达饱和吸附容量前对甲醛气体之所以吸附效果好，是因为其表面酸性和质子以及层间水与甲醛发生了质子化作用。
因此采用适宜构型的膨润土可以有效地净化室内空气。
超声波技术在材料改性中的应用研究
超声波技术在材料改性中的应用研究超声波技术是一种高频波传播的物理现象，它能够在材料中产生高频振动，并对材料的性质进行改变。
因此，超声波技术被广泛应用于各种领域，如医学、工程、材料科学、生物学等等。
本文将重点介绍超声波技术在材料改性中的应用研究。
超声波对材料的作用机理超声波是一种高频声波，其频率范围通常在20 kHz至1 MHz之间。
当它在材料中传播时，可以使材料内部的分子或离子发生高频振动，产生局部的高温、高压、高速度和高压力等物理现象。
这些物理现象会引起一系列化学反应或物理变化，从而改变材料的性质。
超声波在材料改性中的应用1. 超声波溶解超声波溶解是利用超声波的机械作用，使材料内部的分子或离子发生振动，从而增加分子的活性，促进化学反应的进行。
它已被应用于制备纳米材料、高分子材料改性和制备高效催化剂等领域。
例如，利用超声波溶解法，可以制备出具有高比表面积和孔结构的二氧化钛纳米材料，使其在染料和催化剂行业中具有广泛的应用前景。
2. 超声波破碎超声波破碎是将超声波的振动能量传递到材料中，使其发生局部的膨胀、收缩或涡流等物理现象，从而使材料发生裂解、分散或粉碎等改变其性质的过程。
它已被广泛应用于制备细颗粒和纳米材料、分散染料等领域。
例如，利用超声波破碎法，可以制备出具有高比表面积和狭窄粒径分布的钛酸锂纳米材料，使其在电池和锂离子电池等领域中具有广泛的应用潜力。
3. 超声波振荡超声波振荡是将超声波的机械振动作用于材料的流体或半流体中，从而使它们产生类似涡流的物理现象，并引起化学反应或离子迁移等物理过程。
它已被广泛用于制备复合材料和催化剂等领域。
例如，利用超声波振荡法，可以制备出具有优异力学性能和热稳定性的碳纳米管增强的聚合物复合材料，使其在航空、航天和信息电子等领域中具有广泛的应用前景。
4. 超声波表面处理超声波表面处理是将超声波的机械振动作用于材料表面，从而改变其表面结构或表面物理化学性质的过程。
它已被广泛应用于蚀刻、清洗、溶胶-凝胶法制备纳米薄膜等领域。
膨润土改性方法及应用研究
膨润土改性方法及应用研究膨润土是一种具有四面体及八面体结构组成的的硅酸盐矿物，具有物化性能优良、矿产丰富、价格便宜的特点，受到了研究人员的广泛关注。
特别是在膨润土改性的研究上取得了很多的研究成果，当前研究人员已经通过改性得到了钠化、活化、有机以及纳米改性的膨润土。
改性后的膨润土在其性能和品质上都得到了很大的提升，在环境保护以及载体等领域得到了广泛的应用。
文章就膨润土的改性方法以及应用进行了综述。
标签：膨润土；改性；应用膨润土结构中八面体和四面体间的中间层容易跟外界的阳离子发生交换反应，产生的各种金属盐离子基的膨润土具有很多的优点，包括膨润土膨胀容、吸附能力大、离子交换能力强以及悬浮颗粒分散好等特点[2]。
统计资料表明，我国膨润土数量是世界上最多的国家，但矿石开采技术的落后导致膨润土的质量较差。
因此，对膨润土进行改性以提升其质量成为人们关注的重点。
当前，膨润土的改性方法主要有钠化、活化、有机以及纳米改性的方式。
改性后的膨润土在其性能和品质上都得到了很大的提升，在环境保护以及载体等领域得到了广泛的应用。
1 改性方法1.1 钠化改性陈淑祥等[3]在研究中使用氟化钠对膨润土进行改性，将膨润土的膨胀容提高到了约100毫升每克。
其他常用的改性剂还有碳酸钠和氢氧化钠，改性后的膨润土具有吸水率高、膨胀系数大、润滑性能高、热稳定及可塑性强的特点。
1.2 活化改性王连军等[4]对膨润土进行酸化改性处理后，表面积特性得到了很大的提升。
惠博然等[5]的研究表明无机酸在膨润土的活化中具有增强其吸附及脱色的强度。
Magana 等[6]制备了膨润土的纳米银抗菌复合物，其比表面积及吸附能力很强。
1.3 有机改性Sameer等[7]在其研究中制备了一系列CTAB、羟基铝、环己烷改性膨润土，并通过苯酚的吸附实验对其吸附能力进行了研究。
结果表明：CTAB/Al改性优于CTAB改性，优于热处理改性，优于环己烷改性，优于未改性的膨润土。
膨润土的改性技术与应用研究现状
不 同的焙烧温度对膨 润土 的比表面积 和在有 机溶液 中 的分散性也存在影 响。膨润土 比表面积 面积随着 焙烧温度
性 和脱 色性等一系列优 良特性 。能吸 收 自身体 积 ８ ５倍 ～１
升高 而增 大 ，但 当温度 超过 ４ ０ ５ ℃时焙 烧膨 润土 的 比表 面
的水量 ，体积膨胀倍数 至 ３ 倍 ；分散悬 泽陛使其在水 介质 Ｏ 中可分散 成胶体悬 浮液 ；为 了保持 电价平衡 ，在 蒙脱石 的 结构单元 层之 间存 在着 Ｋ 、Ｎａ 、Ｃ ２ ａ 等大 半径 离子 的
阳离 子 ，这些离子 可与 同性 电价离子 发生等 电量交 换 ，从
而使 蒙脱 土具 有阳离子交换 能力 。所 以蒙脱土具 有吸 附各 种气 体 、液体 、有机物 和有 色物质 的能力 。膨润 土按 交换
ｈｔ ：／ｗｗｗ．ｍ ｓ ｑ∞ｍ ・ １ ・ ｔ ｐ ／ ｃ ａｔ ． ｅ
２１ 年 ・ ６ ０１ 第 期
材料综述
中国材料科技与设 备 （ 双月 刊）
积则开始减小 ，６ ０℃ 时急剧 下降 。焙烧 温度 对分 散性 的 ０
动 以及挤压时产生 的大量热都加 速 了离子 反应 。因此 挤压
１ 膨 润土 的矿 物 学特 性 及 类 型
膨润土 又名 “ 斑脱岩 ”或 “ 土岩 ” 膨 ，是一种 以蒙脱 石 矿物成分为 主 的粘土 岩 ，图 １是 蒙脱 石 晶体 单元 层 结构 。
蒙脱石 又称 “ 晶高 岭石 ”或 “ 岭石 ” 微 胶 ，是一种层状 含水
的铝 硅 酸盐 矿 物 ，其 理 论 结 构 式 为 ：Ｅ‘ Ｈｚ ｛ （ ｚ 】・ｎ Ｏ Ａ１ 一
改性膨润土在污水处理中的应用
改性膨润土在污水处理中的应用改性膨润土在各类废水处理尤其是工业废水处理中的应用是目前的一个讨论热点，概括起来改性膨润土可去除水体中的重金属离子､芳香族化合物､有毒且难生物降解的有机物，还具有脱色､脱磷､除臭等作用｡1去除重金属离子膨润土去除水体中的重金属离子是基于蒙脱石层间所吸附的阳离子与水体中重金属离子的交换作用。
改性膨润土阳离子交换容量（CEC）越大，则去除重金属离子的本领应越强｡郭梅等人的讨论表明，天然膨润土对Pb2+的去除本领很强，当Pb2+的浓度小于20mg/L时，去除率可达99%以上；苏玉红等比较了原土和有机膨润土对模拟废水中Pb2+的吸附性能，结果发觉单阳离子有机膨润土可使Pb2+的去除率从90.2%（原土）提高到97.9%；阴—阳离子有机膨润土可使Pb2+的去除率达97.5%，孙胜龙等讨论了钠､铝改造型膨润土对溶液中Cr（Ⅵ）吸附及其机理，在pH=6时，可去除溶液中95%的Cr（Ⅵ）。
夏畅斌等讨论了焙烧活化膨润土对Zn（Ⅱ）､Cd（Ⅱ）等离子的吸附作用。
Zn2+离子的饱和吸附量可达4.46mg/g，而对Cd2+的饱和吸附量高达16.58mg/g｡2去除有机污染物有机膨润土较活化膨润土去除有机污染物的本领更强。
这是由于，一是有机膨润土可利用季铵离子的非极性脂肪链端溶解（萃取）有机物，二是被吸附有机物分子使蒙脱石层间距增大，蒙脱石层间对有机物进一步吸附。
对于离子型的有机污染物，吸附作用仍以离子交换作用为主。
李梦耀等的讨论表明，原土和活化膨润土去除水中苯酚的本领很小，CTMAB膨润土可使水体中苯酚去除率达34%，苯胺去除率为81%。
李益民等分别以溴化十六烷基三甲铵（CTMAB），溴化十二烷基三甲铵（DTMAB），溴化十八烷基三甲铵（OTMAB）为阳离子表面活性剂制备有机膨润土，考察对水中苯酚､对硝基苯酚､苯胺､硝基苯､1—萘胺的去除效果，结果发觉，有机膨润土的层间距和对有机物的去除率随改性时所用表面活性剂碳链的增长而增大；同一有机膨润土对试验浓度的5种有机物的去除率为：1—萘胺对硝基苯酚硝基苯苯酚苯胺。
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超声波技术改性膨润土及其应用周 艳,陈勇军,贾德民(华南理工大学材料学院,广东广州 510640) 摘要:采用超声波技术对膨润土进行有机改性,研究不同的超声波工艺条件对改性结果的影响;将改性膨润土与NBR胶乳共沉制得纳米复合材料,并对其结构与性能进行探讨。
试验结果表明,650W×30min超声波辐射条件是一个较好的工艺条件;制得的复合材料为插层型纳米复合材料,其物理性能较NBR有所提高。
关键词:超声波;膨润土;NBR胶乳;有机改性 中图分类号:TQ330138+3;TQ33317 文献标识码:B 文章编号:10002890X(2002)1120658204 目前聚合物2膨润土纳米复合材料因其优良的性能正日益受到人们的重视。
由于膨润土表面具有亲水性,将其与高分子材料直接复合时两相的界面相容性很差,无机粒子在有机相中的分散不理想,容易聚集成团,影响复合材料的性能。
为了使纳米微粒能长期稳定地存在,有机2无机相间应具有较强的相互作用,这样才能较好地利用有机基质来阻止无机纳米微粒的团聚,因此有必要对膨润土表面进行有机改性处理。
利用膨润土层间阳离子的可交换性以及片层的可膨润性,可将长碳链有机季铵盐置换到层间得到有机化膨润土。
有机基团的引入使无机相和有机聚合物界面的粘合性能提高。
超声波作为一种新的技术在化学反应中得到了越来越广泛的应用,对许多有机反应有明显的加速作用[1,2],并且具有时间短、效率高、耗能小等优点。
本工作将超声波技术应用于长碳链季铵盐对膨润土的有机改性反应中,研究了不同工艺条件下的改性结果;同时将有机改性膨润土与NBR胶乳共沉得到插层型纳米复合材料,并研究了其结构与性能的关系。
1 实验111 原材料十六烷基三甲基氯化铵(以下简称C16),活 作者简介:周艳(19752),女,湖北当阳人,华南理工大学在读博士研究生,主要从事高分子材料的合成、制备与改性工作。
性物质量分数为0170,工业品,广州新图精细化工有限公司产品;NBR胶乳,固形物质量分数为0120,兰州化学工业公司合成橡胶厂产品;膨润土,800目,南海市非金属开发公司产品。
112 基本配方NBR 100;硬脂酸 2;氧化锌 4;促进剂CZ 114;促进剂DM 014;硫黄 115。
113 试验设备与仪器J Y922Ⅱ超声波细胞粉碎机,频率为20～25 kHz,上海新芝生物研究所产品;D max2Ⅲ型X射线衍射仪,管电压为30kV,铜钾α射线,扫描速度为5°・min-1,测试范围为2～60°,步长为0102°,日本理学公司产品;HITACHI S2550扫描电子显微镜(SEM),加速电压为25kV,日本日立公司产品。
114 试样制备(1)超声波改性膨润土先将40g膨润土分散于800mL蒸馏水中,再将一定量C16溶于热蒸馏水后加入膨润土悬浮液中,用一定功率超声波处理一段时间。
过滤反应液,蒸馏水洗涤有机化膨润土至滤液不含氯离子(滴加011mol・L-1硝酸银无白色沉淀生成)。
(2)改性膨润土/NBR纳米复合材料的制备先将一定量的NBR胶乳稀释到质量分数为0110,再将有机改性膨润土分散于蒸馏水中,两者混合,并加入少许乳液稳定剂,于50℃下搅拌4 h。
反应完成后用质量分数为0115的氯化钙溶液破乳,洗涤,先自然风干,再于60℃下真空烘干。
115 性能测试胶料性能按相应的国家标准进行测定。
2 结果与讨论211 超声波改性膨润土超声波是由一系列疏密相间的纵波构成,并通过液体介质向四周传播。
当超声波能量足够高时会产生“超声空化”现象。
空化气泡的寿命约为011μs,它在爆炸时释放出巨大的能量,并产生速度约为110m・s-1的具有强烈冲击力的辐射流,使碰撞密度高达115kg・cm-2。
空化气泡在爆炸的瞬间产生约4000K和100MPa的局部高温高压环境,冷却速度可达109K・s-1。
这些条件足以使有机物在空化气泡内发生化学键断裂、水相燃烧或热分解,并能促进非均相界面间的扰动和相界面更新,从而加速界面间的传质和传热过程。
化学反应和物理过程的超声强化作用主要是由于液体的超声空化产生的能量效应和机械效应引起[3]。
与传统的搅拌加热技术相比,空化作用更容易实现反应物均匀混合,消除局部浓度不匀,提高反应速度,刺激新相的形成,对团聚体还可起到剪切作用。
超声波用于膨润土的有机改性使反应无需机械搅拌,在常温下就能顺利进行,并且反应时间短。
超声波处理时间和功率对改性膨润土的影响见表1。
表1 不同功率和时间的改性结果项 目膨润土改性膨润土编号1#2#3#4#5#功率/W—500650800650650时间/min—3030301545 d0013/nm115331873197410131773142 注:3d001值表示膨润土的层间距。
由表1可见,层间距随着超声波功率的增大而增大,但随着时间的延长,层间距先增大后减小。
这是由于离子交换反应是一个可逆过程,当反应达到平衡后,时间过长会破坏平衡而引起解嵌入。
结合能耗情况认为,650W×30min的超声波处理条件是一个较好的工艺条件。
212 改性膨润土的结构与热分析长碳链烷基铵离子通过离子交换反应置换到膨润土层间,有机基团在层间以一定角度和结构排列,使体系发生膨胀,层间距增大。
有机铵离子的长度可根据下式计算:d=01127n+2d M+R C—N(1+sinθ)式中 01127———碳链伸直时一个—CH2—贡献的长度,nm; n———烷基链上—CH2—的数目; d M———CH3—的范德华直径,为013nm; R C—N———C—N键长,为01147nm; θ———C—N—C键角,为108°。
因此可得C16的分子链长d C16=218nm,可见烷基链在膨润土层间呈石蜡型双边层结构排列[4]。
由于两相邻硅酸盐晶片所夹的纳米带厚度D=d001-0196nm,则烷基分子链与膨润土片层的夹角α=arcsin(D/2d C16),计算α约为32°。
膨润土与改性膨润土的热重分析谱如图1所示。
由图1可见,膨润土在150℃前的自由水(即颗粒间以及晶层外表面的吸附水)质量损失率为1116%;450℃后结构水(晶层中共价—OH脱水产生)失重[5]。
而C16改性膨润土在150℃前的自由水质量损失率为314%,190～460℃烷基季铵盐脱水与裂解质量损失率为3310%,460℃脱除硅酸盐层间—OH失重。
可见,C16已与膨润土发生了离子交换反应,且其质量分数约为0133。
图1 膨润土与改性膨润土的热失重曲线213 改性膨润土/NBR纳米复合材料的结构与性能在650W×30min超声波条件下制得的2#有机改性膨润土与NBR胶乳共沉制得复合材料,其X射线衍射谱见图2。
由于改性剂的引入使膨润土片层撑开,有利于橡胶高分子进入层间,使改性膨润土与NBR复合后膨润土的层间距(4109图2 2#改性膨润土/NBR 复合材料的X 射线衍射谱1—2#改性膨润土/NBR ;2—2#改性膨润土图3 2#改性膨润土/NBR 复合材料的SEM 照片nm )进一步增大。
但同时膨润土晶层仍呈现有序性,说明制得的材料是插层型纳米复合材料。
通过SEM 观察2#改性膨润土/NBR 复合材料的断面形态(如图3所示)发现,膨润土比较均匀地分散于橡胶基体中,无机与有机相界面模糊,说明有机长碳链的引入在很大程度上增大了膨润土与橡胶大分子的相容性。
在不同超声波条件下制得的改性膨润土与NBR 复合材料的物理性能见表2。
由表2可见,与NBR 相比,改性膨润土/NBR 硫化胶的物理性能均有所提高。
这是由于膨润土本身是很好的补强剂,它以层状结构均匀地分散于橡胶基体中,从而与橡胶的自由体积相配越好,阻碍微裂纹扩展的能力也越高。
改性膨润土与橡胶之间具有较大的界面作用,同时有机长碳链的引入使膨润土与橡胶界面大分子的相容性增大,因此复合材料的物理性能提高。
采用传统的加热搅拌工艺,改性膨润土与NR 胶乳共沉制得的复合材料也有类似的结果[6],这主要是由于复合材料分子间的粘性增大的缘故[7]。
由表2还可以看出,2#改性膨润土/NBR 复合材料的物理性能优于其它改性膨润土/NBR ,进一步说明650W ×30min 的超声波辐射条件是一个较好的工艺条件。
表2 改性膨润土/NBR 复合材料的物理性能项 目NBR 1#改性膨润土/NBR 2#改性膨润土/NBR 3#改性膨润土/NBR 4#改性膨润土/NBR 5#改性膨润土/NBR 300%定伸应力/MPa 115111772160118911722118500%定伸应力/MPa211831094109313921193127拉伸强度/MPa213351846144517451985195扯断伸长率/%520600580600620620扯断永久变形/%31012101010111210101010撕裂强度/(kN ・m -1)111581713813176161731519113185邵尔A 型硬度/度505958575857 注:硫化条件为165℃×11min ;改性膨润土的质量为NBR 胶乳的2%。
相对于溶液和熔融插层法来说,乳液插层法勿需溶剂,耗能小,工艺简单,易控制,因此改性膨润土/NBR 复合材料具有十分广阔的应用前景。
3 结论采用超声波技术对膨润土进行了有机改性,不同的超声波工艺研究表明,650W ×30min 是一个较好的工艺条件。
将改性膨润土与NBR 胶乳共沉制得纳米复合材料,其物理性能较NBR 有所改善。
参考文献:[1]覃兆海,陈馥衡,谢毓元1超声波在有机合成中的应用[J ]1化学进展,1998,10(1):632731[2]颜家华,彭玉成1高聚物的超声波合成研究进展[J ]1高分子材料科学与工程,1998,14(5):202211[3]李春喜,王子镐1超声技术在纳米材料制备中的应用[J]1化学通报,2001,64(5):2681[4]Vaia R A,Rachel K1Interlayer structure and molecular environ2ment of alkylammonium layered silicates[J]1Chem1Mater1, 1994,6(7):1017210221[5]Xie W,G ao Z M,Liu K L.Thermal characterization of organical2ly modified montmorillonite[J]1Thermochimica Acta,2001,3672368:33923501[6]周 艳,汪 磊,贾德民,等1橡胶/改性膨润土纳米复合材料研究———不同改性剂的影响[J]1弹性体,2001,11(6):122 151[7]Wang Y Z,Zhang L Q,Tang C H.Preparation and characteriza2tion of rubber2clay nanocomposites[J]1J1Appl1Polym1Sci1, 2000,78(11):1879218831收稿日期:2002205214U ltrasonic modif ication of bentonite and its applicationZHO U Y an,CH EN Yong2j un,J IA De2m i n(South China University of Technology,Guangzhou 510640,China) Abstract:The bentonite was modified with ultrasonic wave and the influence of different ultrasonic technologies on the modifying effect was investigated.A nano2composite was prepared by the coprecipitation of the modified bentonite and NBR latex,and the structure and properties of the composite were discussed. The results showed that a nano2bentonite/NBR latex composite with better physical properties was obtained by modifying the bentonite with650W×30min ultrasonic wave. K eyw ords:ultrasonic wave;bentonite;NBR latex;modification龙涤集团有限公司工业用聚酯长丝顺利投产中图分类号:TQ342+12 文献标识码:D黑龙江龙涤集团有限公司年产1万t工业用聚酯长丝工程经过一年多的建设,于2002年6月一次开车成功,首批产品已投放市场,其主要规格有550dtex/105f,1100dtex/210f和1670dtex/320f 三种,第1种供汽车安全带等产品使用,第2,3种主要供橡胶行业使用,用于生产轮胎帘子布、输送带用整体带芯、V带用线绳及编缠式胶管用纱线。