高岭石插层、剥片及其在橡胶复合材料中应用研究

论文摘要

以张家口宣化地区高岭土为原料,综合运用矿物学、材料学理论知识与地质背景分析,对该地区高岭土基本特征及其成因进行了探讨。采用插层加磨剥的方法成功制备出了粒度近于1μm的高岭土超细片层材料。详细研究了插层剂类型、插层时间、温度、pH值、磨剥浆料溶液的固液比、磨剥浆料的质量、磨剥时间、介质球粒径以及磨剥机的转速对插层磨剥高岭土的粒度及径厚比产生的影响。对已制备的高岭石/醋酸钾插层复合物的热稳定性能进行了深入研究。在热稳定性能研究的基础上,对醋酸钾在高岭石层间的存在形式进行了分析,同时利用软件对其存在形式进行了模拟。醋酸钾进入高岭石层间使得其层间距扩大、层间作用力减弱,利用这一性质对高岭石插层后进行剥片,以达到其层与层之间分离,降低粒度提高径厚比。对影响剥片高岭土插层复合物的主要因素进行了讨论。将经过醋酸钾插层剥片的具有较高径厚比的高岭土超微细粉体作为橡胶填料,制备橡胶/高岭土复合材料,对比研究插层剥片高岭士对橡胶复合材料力学性能及气体阻隔性能的改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高岭土
• 1.2.1 高岭石
• 1.2.2 高岭土矿产资源特征
• 1.2.3 高岭土的矿产类型及其分布
• 1.2.4 高岭土的超细化
• 1.3 高岭石插层复合材料的研究现状
• 1.3.1 高岭石有机插层原理
• 1.3.2 高岭石有机插层反应方法
• 1.3.3 高岭石有机插层工艺
• 1.3.4 高岭土插层效果表征
• 1.3.5 高岭土有机/无机插层研究进展
• 1.3.6 插层剂的结构特征
• 1.4 高岭石插层影响因素研究
• 1.4.1 高岭石的特征
• 1.4.2 插层有机物的性质
• 1.4.3 介质条件
• 1.5 高岭土剥片研究现状
• 1.5.1 高压挤出法
• 1.5.2 化学浸泡法
• 1.5.3 磨剥法
• 1.5.4 化学浸泡-磨剥法
• 1.5.5 插层—超声法
• 1.6 高岭石插层复合物的性能表征
• 1.6.1 X射线衍射（XRD）
• 1.6.2 红外光谱（IR）和拉曼光谱（Raman）
• 1.6.3 扫描电子显微技术（SEM）
• 1.6.4 差热扫描分析（DSC）和热重分析（TGA）
• 1.7 高岭石插层复合物的应用
• 1.7.1 聚合物基复合材料
• 1.7.2 高性能有机纳米陶瓷
• 1.7.3 剥片
• 1.7.4 非线性材料
• 1.7.5 离子交换
• 1.7.6 纳米反应器
• 1.7.7 电解质材料、阻隔材料
• 1.7.8 其它用途
• 1.8 聚合物/高岭土复合材料应用进展
• 1.8.1 聚合物/高岭土纳米复合材料的研究
• 1.8.2 橡胶/粘土纳米复合材料的性能与应用
• 1.8.3 橡胶/粘土复合材料的阻隔研究进展
• 1.8.4 其他方面的应用
• 1.9 选题的意义及主要研究内容
• 1.9.1 选题的目的及意义
• 1.9.2 本课题的主要研究内容
• 1.9.3 创新点
• 2 张家口高岭土矿区地质背景及其矿物学特征
• 2.1 矿区自然地理概况
• 2.2 矿区地质背景
• 2.2.1 地层
• 2.2.2 地质构造
• 2.2.3 岩浆岩
• 2.2.4 矿区地质发展史
• 2.2.5 矿床地质特征
• 2.3 矿区高岭土矿物学特征
• 2.3.1 化学成分特征
• 2.3.2 矿物成分特征
• 2.3.3 矿物形貌特征（SEM）
• 2.3.4 红外光谱特征（FT-IR）
• 2.3.5 热分析
• 2.3.6 Raman光谱分析
• 2.3.7 XPS能谱分析
• 2.4 成矿作用及成矿模式
• 2.5 小结
• 3 高岭石插层复合物制备
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原材料
• 3.1.2 实验设备及表征仪器
• 3.1.3 制备方法
• 3.1.4 插层率计算
• 3.2 高岭石/醋酸钾插层复合物制备
• 3.2.1 XRD分析
• 3.2.2 SEM图谱分析
• 3.2.3 红外光谱分析
• 3.2.4 热分析
• 3.3 高岭石/二甲基亚砜插层复合物制备
• 3.3.1 XRD分析
• 3.3.2 红外光谱分析
• 3.3.3 热分析
• 3.3.4 高岭石/二甲基亚砜插层作用机理探讨
• 3.4 高岭石/甲酰胺插层复合物制备
• 3.4.1 XRD分析
• 3.4.2 红外光谱分析
• 3.4.3 热分析
• 3.4.4 高岭石/甲酰胺插层作用机理探讨
• 3.5 高岭石/水合肼插层复合物制备
• 3.5.1 XRD分析
• 3.5.2 红外光谱分析
• 3.5.3 热分析
• 3.5.4 高岭石/水合肼插层作用机理探讨
• 3.6 高岭石/脲插层复合物制备
• 3.6.1 XRD分析
• 3.6.2 红外光谱分析
• 3.6.3 热分析
• 3.7 高岭石/醋酸钾插层影响因素研究
• 3.7.1 插层溶液浓度的影响
• 3.7.2 相关插层剂组合的影响
• 3.7.3 高岭土类型的影响
• 3.7.4 插层反应时间的影响
• 3.7.5 插层反应温度的影响
• 3.7.6 插层溶液pH值的影响
• 3.8 小结
• 4 高岭石/醋酸钾插层复合物研究
• 4.1 高岭石/醋酸钾插层复合物热稳定性研究
• 4.1.1 实验试剂及方法
• 4.1.2 仪器及表征
• 4.1.3 结果与讨论
• 4.2 高岭石/醋酸钾插层复合物模型研究
• 4.2.1 Raman光谱分析
• 4.2.2 XPS分析
• 4.2.3 近红外光谱分析
• 4.2.4 高岭石/醋酸钾插层模型探讨
• 4.2.5 键长计算
• 4.2.6 Materials Studio模拟
• 4.3 高岭石/醋酸钾插层复合物机理研究
• 4.4 小结
• 5 高岭土剥片研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验原材料
• 5.1.2 实验设备
• 5.1.3 剥片制备方法
• 5.1.4 实验表征
• 5.2 高岭土剥片影响因素研究
• 5.2.1 插层剥片原理
• 5.2.2 醋酸钾插层对磨剥的影响
• 5.2.3 醋酸钾插层溶液浓度对磨剥的影响
• 5.2.4 剥片浆料溶液固液比的影响
• 5.2.5 磨剥浆料质量的影响
• 5.2.6 插层磨剥时间的影响
• 5.2.7 磨剥介质球大小的影响
• 5.2.8 磨剥机转速对高岭土剥片的影响
• 5.3 醋酸钾插层剥片对高岭土结构的影响研究
• 5.3.1 高岭石晶体结构分析
• 5.3.2 高岭石微观形貌变化
• 5.3.3 高岭石微观结构变化
• 5.4 醋酸钾插层剥片前后对高岭土特性影响研究
• 5.4.1 醋酸钾插层剥片后高岭土粒度变化
• 5.4.2 醋酸钾插层剥片后高岭土径厚比变化
• 5.4.3 醋酸钾插层剥片后高岭土比表面积变化
• 5.5 小结
• 6 橡胶/插层剥片高岭土复合材料力学性能及阻隔性能研究
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 实验原材料及配方
• 6.1.2 设备与仪器
• 6.1.3 制备方法
• 6.2 橡胶/插层剥片高岭土纳米复合材料的力学性能研究
• 6.2.1 实验测试分析
• 6.2.2 实验设备及测试仪器
• 6.2.3 结果与讨论
• 6.3 橡胶/插层剥片高岭土纳米复合材料的气体阻隔性能研究
• 6.3.1 实验原理与方法
• 6.3.2 结果与讨论
• 6.4 剥片高岭土对橡胶补强机理探讨
• 6.5 小结
• 7 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 在学期间参加科研项目
• 主要获奖
• 在学期间发表的学术论文