科研实训报告

1、学校代码：10128学 号：201120509027科研训练报告题 目：高岭土/二甲基亚砜插层复合物 的制备及表征学生姓名：学生学号：学院：化工学院班级：非金属指导教师：张印民2015年1月摘要：高岭土是一种非金属矿产，是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和 粘土岩。因江西省景德镇高岭村而得名。质纯的高岭土呈洁白细腻、松软土状， 具有良好的可塑性和耐火性等理化性质。其矿物成分主要由高岭石、埃洛石、水 云母、伊利石、蒙脱石以及石英、长石等矿物组成。高岭土用途十分广泛，主要 用于造纸、陶瓷和耐火材料，其次用于涂料、橡胶填料、搪瓷釉料和白水泥原料， 少量用于塑料、油漆、颜料、砂轮、铅笔、日用化妆品、肥

2、皂、农药、医药、纺 织、石油、化工、建材、国防等工业部门。关键词：高岭土 二甲基亚飒 插层一、高岭土的性能和用途纯的高岭土具有白度高、质软、易分散悬浮于水中、良好的可塑 性和高的粘结性、优良的电绝缘性能；具有良好的抗酸溶性、很低的 阳离子交换量、较好的耐火性等理化性质。因此高岭土已成为造纸、 陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业所必需的矿物原 料。有报道称，日本还有将高岭土用于代替钢铁制造切削刀具、竺 钻头和内燃机外壳等方面应用。特别是最近几年，现代科学技术飞速 发展，使得高岭土的应用领域更加广泛，一些高新技术领域开始大量 运用高岭土作为新材料，甚至原子反应堆、航天飞机和宇宙飞船的耐

3、 高温瓷器部件，也用高岭土制成。目前,土总产量约为4000万吨（该数据属于简单的国与国产量的相 加，其中没有统计原矿的贸易量，包含较多的重复计算），其中精制 土约为2350万吨。造纸工业是精制高岭土最大的消费部门，约占高 岭土总消费量的60%。据加拿大Temanex咨询公司提供的数据，2000 年全球纸和纸板总产量约为31900万吨，全球造纸涂料用高岭土总用 量为约1360万吨。在造纸工业的应用十分广泛。主要有两个领域，一个是在造纸 （或称抄纸）过程中使用的填料，另一个是在表面涂布过程中使用的颜 料。对于一般文化纸，填料量占纸重量的10-20%。对于涂布纸和纸 板（主要包括轻量涂布纸、铜版纸和

4、涂布纸板），除了需要填料外，还 需要颜料，填、颜料用的高岭土所占比重为纸重的20-35%。高岭土 应用于造纸，能够给予纸张良好的覆盖性能和良好的涂布光泽性能， 还能增加纸张的白度、不透明度，光滑度及印刷适性，极大改善纸张 的质量。二、高岭土的发展过程从20世纪80年代开始，新的技术革命在世界范围内兴起，其标 志是微型电子计算机、新能源、新材料（特别是纳米材料）、遗传工程、 光导技术、激光技术、纳米技术、海洋工程和宇航工程等新技术的广 泛开发利用，新材料是新技术革命的核心之，又是其它新技术的基础。 新材料中除金属材料外，几乎都多少与非金属矿有关。在未来世界中 非金属材料将占有极为重要的地位，现代

5、科学技术和社会文明对非金 属材料的大量需要远比人类在以往漫长历史中的任何一个时期都更 为迫切III。近年来，非金属材料的开发应用已扩展渗透到国民经济的 各个领域，发展十分迅速，其产值快速增长，已超过金属材料，在经 济发展中占有越来越萤要的地位。高岭土作为一种重要的非金属矿产，因具有良好的可塑性、高白 度、易分散性、高粘结性和优良的电绝缘性等，广泛应用于陶瓷、电 子、造纸、橡胶、塑料、搪瓷、石油化工、涂料和油墨等行业。另外， 高岭土还具有抗酸溶性、低的阳离子交换性和较高的耐火度等理化性 能，在光学玻璃、玻璃纤维、化纤、砂轮、建筑材料、化肥、农药杀 虫剂载体及耐火材料等行业得到应用。近年来，高岭土

6、在新材料中的 应用也得到深入研究，如用于制各高岭石有机插层纳米材料、赛隆材 料、地聚物材料、层柱分子筛眩-31等。整体来看，对高岭土的加工与应用研究，尤其在新材料方面的应用研究水平与国外相比存在着较大差距，这与我国的高岭土产出大国地位极不相称。其中，高岭石有 机插层纳米材料的研究在我国始于1992年，只有短短十几年的时间， 而较多的研究则集中于2000年以后。高岭石插层纳米材料的制备及 其应用研究是提高高岭土产品档次的重要途径，可以大幅度提高产品 的附加值。因此，对高岭土插层复合材料的研究工作有着十分重要的 现实意义和理论意义。高岭土 (kaolin)是高岭石族矿物为主要成分并达到有用含量的

7、一种岩石，可以是土状或石状。高岭土矿床分为五种，即热液蚀变型、 风化残积型、风化淋积型、河湖海湾沉积型和含煤建造沉积型。这些 类型在我国均有分布H1。我国非煤建造高岭土资源储量居世界第五 位，至2000年底，已探明储量约为14. 68亿t。含煤建造沉积型高 岭土是我国独具特色的资源，探明远景储量及推算储量为180. 5亿 t储量居世界首位。三、高岭石的物化性能高岭石为白色，因含杂质可染成其他不同颜色。高岭石在电镜下 呈假六方板状、半自形鳞片状或它形片状品体，集合体常为片状、蠕 虫状、鳞片状、书册状及放射状等，粒度一般为0. 25 Il m。高 岭石粘土具有可塑性、烧结性、较高的耐火度、电绝缘性

8、、化学稳定 性以及能与有机质作用等性质，因而广泛应用于陶瓷、建筑材料、造 纸、橡胶、塑料、涂料、石油化工、环境保护、冶金工业、新材料等 行业。四、高岭石晶体结构特征高岭石的晶体结构是典型的l: l型二八面体层状硅酸盐，即由硅 氧四面体片和“氢氧铝石”八面体片连接形成的结构层沿c轴堆垛而 成，而在a轴和b轴方向上连续延伸。所有的硅氧四面体的顶尖都朝 着同样的方向，指向铝氧八面体。硅氧四面体晶片和铝氧八面体品片 由共用的氧原予连接在一起。高岭石单元品层，一面为OH层，另一 匿力O层，OH键具有强的极性，品层与品层之间以氢键结合，强氢 键(O-OH=0. 289nm)作用加强了结构层之间的连接。而且

9、层问表面一 个面为与硅连接的四面体氧，而另一个面为八面体上的羟基，因此存 在非对称效应，使得层与层之间具有较强的结合力。因而品层之问连 接紧密，品层间距仅为O, 72nm，故高岭石的分散度较低且性能比较 稳定，几乎无晶格取代现象。高蛉石在显微镜下呈六角形鳞片状结构。 层间不含可交换性阳离子。五、二甲基亚砜的性质和用途1、二甲基亚飒(DMSO )是一种含硫有机化合物，分子式为(CH3)2SO, 常温下为无色无臭的透明液体，是一种吸湿性的可燃液体。具有高极 性、高沸点、热稳定性好、非质子、与水混溶的特性，能溶于乙醇、 丙醇、苯和氯仿等大多数有机物，被誉为“万能溶剂”。2、无色粘稠液体。有吸湿性。能

10、与水、乙醇、丙酮、乙醛、毗啶、 乙酸乙酯、苯二甲酸二丁酯、二恶烷和芳烃化合物等任意互溶，不溶 于乙炔以外的脂肪烃类化合物3、二甲亚飒与酰氯类物质如氰尿酰氯、苯酰氯、乙酰氯、苯碘酰 氯、亚硫酰氯、硫酰氯、三氯化磷等接触时，发生激烈的放热分解反 应。与硝酸结合，生成（CH3）2SO-NHO3o 与碳酸钡作用可使二甲亚 飒再生。与浓氢碘酸作用，生成二甲硫磺化合物。四、插层反应插层聚合法是先将聚合物单体分散、插层进入层状硅酸盐片层中， 然后原位聚合，利用聚合时放出大量的热克服硅酸盐片层间的作用 力，并使其剥离，从而使硅酸盐片层与塑料基体以纳米尺度复合。五、国内外高岭土的利用现状日前陶瓷、橡胶、塑料、人

11、造革、自水泥、耐火材料、化学等工 业以及农业有广泛应用。随着对高岭土选矿工艺的进一步提高，高岭 土的应用范围将日趋广泛。煤田地质系统各单位，可以从实际情况出 发，立足于煤系地层中高岭土资源及市场需求。高岭土是自然界中普 遍存在的一种非金属矿，过去一般用于生产陶瓷，耐火材料以及少量 掺入塑料，橡胶中作填料。随着国民经济各领域的日益发展，人们越 来越重视高岭土的深度加工，因为这样不仅可以获取新的具有特殊性 能的材料，而且还可提高经济效益。对高岭土进行深加工舳方法之一， 即将巳淘洗和韧步烘干磨耪的高岭土进一步加热，焙烧，脱水，使其 变成偏高岭土，用作塑料电缆科的填料，以提高电缆包皮的绝缘性能。 常用

12、的鞋类橡胶填充剂主要有有机填充剂和无机填充剂两种，前者包 括再生胶和回收料等，后者包括白炭黑、碳酸钙、钛白粉、碳酸镁、 氧化镁、炭黑和锌氧粉等。高岭土是近几年开发的一种新型橡胶制品 填充剂。六、国内外对高岭土二甲基亚砜插层复合物的制备及表征的实验目的层状硅酸盐矿物插层复合物兼具粘土矿物和有机物的特征，是 一种新型复合材料，在功能填料、陶瓷材料、催化剂、环境修复材料 等方面具有广阔的应用前景1.我国高岭石具有资源丰富、质量优 良和价格低廉等特点但高岭石层间作用力较强，不含可交换性阳 离子，无膨胀性，较难与有机化合物发生插层反应，只有一些极性 较强的小分子有机化合物，如乙酸钾、乙酰胺、二甲基亚飒(

13、DMSO) 和甲酰胺等，可以直接插入到高岭石层间，将高岭石层间撑开g. 产自福建龙岩的高岭石外观呈白色、灰白色，扫描电镜下呈假六方板 状、鳞片状、片状构造集合体常为片状、鳞片状、书册状等粒度 一般为0. 1 5. 0m.本文制备并表征了高岭石DMSO插层复合物. 采用插层的方法可以使有机分子插入高岭石层间，形成高岭石有机复 合物。在保持高岭石结构的同时，使高岭石层间的作用力减弱，达到 层与层之间剥离，从而使其粒径减小，降低高岭土颗粒的粒度甚至达 到纳米级能陶瓷材料、环境工程材料纳米复合材料、催化剂、选 择型吸附剂等领域具有广阔的应用前景10岭石属于高岭石亚族，是典 型的1:1型二八面体层状硅酸

14、盐。高岭石的基本品层单元是由一层 硅氧四面体SiO4和一层铝氧八面体AlO2(OH)4通过共同的氧连接 成，每个品层单元四面体中的氧原子与相邻品层单元的八体羟基形成 氢键，单元层与单元层间通过氢键及van der Waal力连接，层间几 乎没有外来的离子11于高岭石的空间结构和特殊的物理化学性质，其 插层反应比较困难。只有少量极性较强的小分子，如：甲基亚飒12 酸钾13酰胺14-N甲基甲酰胺15 16能插入高岭石层间，形成高岭 石有机复合物。其他的小分子和大分子，如：丙二醇17聚丙烯酰胺18 聚乙二醇19只能通过夹带或取代高岭石有机小分子复合物中小分子 的方式进入层间，被取代的插层复合物称为前

15、驱体，而高岭石/DMSO 插层复合物是制备各种高岭石/有机插层复合物常用的插层复合物前 驱体。目前国内外对高岭石/DMSO插层复合物进行了很多研究，采用 磁力搅拌20 波法21 声波法22 同方式制备了高岭石/DMSO插层复合物， 并对复合物进行了分析23-24目前对插层过程中各个因素对插层效率 的具体量化影响的研究较少，因此，采用正交实验对影响插层的几个 主要因素，包括：反应温度、反应时间、水、高岭石固含量等进行优 化，分析了各个因素对插层效率的影响显著程度。结论在本文中在综合分析高岭石的发展背景，和高岭石的用途，以及 高岭土的发展背景，并知道了插层实验的目的和意义，高岭土插层实 验中反应温

16、度、反应时间、水高岭石固含量对插层实验的影响。了解 二甲基亚飒的性能个用途，认识了高岭石的结构的特点和物化性质， 对以后的实验起到扎实的理论基础。参考文献王林江，吴大清.高岭石有机插层材料的研究现状J.材料导报，2001, 15( 6): 41-43张敬阳，叶玲，侯莉萍.高岭石乙酸钾插层复合物的研制J.华侨大学学报： 自然科学版，2008, 29( 3) : 411-414Frost R L. Birdw ood kaolinite: A highly order kaolinite that is diffcult to inter calater an XRD, SEM and Raman

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