辽宁清原膨胀蛭石矿物学特征及改性研究

辽宁清原膨胀蛭石矿物学特征及改性研究

1功能矿物材料三氟岩具有良好的隔热、抗冻、防火、抗菌、吸声等性能。它是一种广泛使用的功能矿物材料。蛭石的有机改性、主客体间的相互作用及其作用机理的研究,将拓宽其应用领域,提高其利用价值[1～3]。2热液蚀变矿床辽宁省清原蛭石矿位于南口前镇西北,矿体产于镁质超基性岩中。研究表明:该矿床形成于两个成矿阶段,第一成矿阶段是热液蚀变阶段;第二阶段为表生蚀变阶段。在成因上其为一典型的中低温表生浅成热液蚀变矿床。矿区内矿石矿物为蛭石,脉石矿物有黑云母、金云母、斜长石、石英、辉石、角闪石、橄榄石等。矿石呈鳞片变晶结构,片状构造。蛭石颜色多为棕黄色或褐色,珍珠光泽或油脂光泽,体膨胀率(未经选矿)在950℃,55～60S下,膨胀倍数为2～10倍,膨胀前容重860～1120kg/m3,膨胀后蛭石的导热系数在0℃时,为0.042W/(m·K);100℃时,0.051W/(m·K);常温下为0.0468～0.0688W/(m·K)。3关于三氟石的矿物学3.1膨胀植物的化学性质膨胀蛭石经分析型高分辨电子显微镜配置能谱仪(JEM-2000FX,EDSTN-5500)分析,其化学成分以22个氧原子为基准计算后,按结构占位示于表1。由表1可见,膨胀蛭石(001)晶面(层面)处,化学成分以富Si、Fe,贫AlⅣ、AlⅥ、K、Mg等为特征;在断面上,则相对贫Si、Fe,富AlⅣ、AlⅥ及K、Mg等层间阳离子。与本区未膨胀蛭石相比,膨胀蛭石明显富Si,贫AlⅣ、AlⅥ、K,表明蛭石膨胀后,层间阳离子和八面体层内的部分阳离子可以缺失。红外光谱分析结果(图1A)表明:膨胀蛭石在3420cm-1处有1个水分子的振动吸收谱带,在500cm-1和1000cm-1附近有较强的Si-O吸收带,而在3500～3700cm-1之间的羟基振动吸收带较弱。与未膨胀蛭石相比,膨胀蛭石在3420cm-1处的水分子振动吸收带相对较弱,说明其内部的一部分层间水,随着蛭石的受热膨胀已析出。3.2膨胀张拉物对层间水膨胀性能的影响表1膨胀蛭石经粉晶X-射线衍射分析(图2A),计算出其晶胞参数为a0=5.30A。;b0=9.24A。;c0=20.56A。。表明蛭石膨胀后,由于层间水的部分析出,层间结构发生收缩,使其c0值比本区未膨胀蛭石的c0值要小。热重分析表明,在170～175℃之间,膨胀蛭石表现出较明显的吸热效应,脱失部分层间水。而当温度上升至500～900℃区间内,未见明显的吸、放热效应。3.3阳离子交换容量本文采用钡—粘土法测定膨胀蛭石的阳离子交换容量为194.0mmol/100g。4抗膨胀质体石材料矿物的有机改性是拓宽其应用领域的一个重要途径。在层状矿物结构层中引入有机客体后,它可以与工程塑料、树脂、橡胶等高聚物很好地相容,制备出很多性能优良的矿物复合材料。本区膨胀蛭石的层间阳离子主要是K、Mg等,并且具有较大的阳离子交换容量。蛭石膨胀后,可以造成层间阴、阳离子间的离子键强减弱。因此,在一定条件下,蛭石层间阳离子可以被极性有机分子所取代,形成有机蛭石。有鉴于此,我们选取了相对极性较强的大分子吡啶和极性较弱的小分子尿素,以及具有一定阻燃效果的非极性磷酸三丁脂(先将其溶于异丙醇中,然后,利用异丙醇的极性进行改性研究),对膨胀蛭石进行了有机改性,以探索它们之间的相容性,为今后制备高聚物或蛭石材料奠定基础。4.1膨胀岱石浆活化将5.00g膨胀蛭石于100mL烧杯中,加约40mL蒸馏水,在60～70℃温度下,电磁搅拌1h,制成膨胀蛭石料浆。称取蛭石交换容量2倍的吡啶和尿素,分别加入到膨胀蛭石料浆中,搅拌均匀,在70℃温度下,活化2h。然后过滤,蒸馏水洗涤3～5次,在100℃温度下烘干,即得经吡啶和尿素改性的有机蛭石。由于磷酸三丁脂不溶于水,所以先用异丙醇(30%)溶液配制料浆,其余步聚同上。4.2结果4.2.1x-射线衍射分析经吡啶改性的有机蛭石和吡啶的红外光谱分析见图1B和C。二者对比可以看出,有机改性蛭石在2920cm-1和2850cm-1处出现较强的C-H伸缩振动,在1489cm-1处出现C-H弯曲振动,这表明吡啶已进入蛭石层间。X-射线衍射分析结果示于图2B。研究表明:在2θ为4.4°处出现一个较强的新的衍射峰,说明吡啶已进入蛭石的层间结构,表现出d=20.01的衍射峰;在6.8°处出现的d=12.96较弱的衍射峰,可能是膨胀蛭石在有机处理过程中部分复水造成的。4.2.2有机改性跨析体的结构表征以尿素处理的有机蛭石及尿素的红外光谱分析结果见图1D和E。对比表明,有机改性蛭石仅在2920cm-1和2850cm-1处出现弱的C-H伸缩振动。X-射线衍射分析(图2C)表明,其结构未发生明显的变化。显然,尿素对膨胀蛭石的有机处理效果不很理想。4.2.3膨胀r-m/h法经磷酸三丁脂处理的有机蛭石和磷酸三丁脂的红外光谱分析如图1F和G所示。改性蛭石在2920cm-1和2850cm-1处出现了较强的C-H伸缩振动,在1485cm-1处出现了C-H弯曲振动,表明有一定数量的磷酸三丁脂进入了膨胀蛭石中。X-射线衍射分析结果见图2D,改性蛭石在2θ为6.2°处出现的新的衍射峰(d=14.21),说明可能有磷酸三丁脂已进入蛭石层间。4.2.4氧指数测定为了了解改性蛭石的阻燃性能,我们对有机改性蛭石进行了氧指数的测定(表2)。结果表明,经有机处理的改性蛭石的氧指数比未改性前均得到了提高,其阻燃性能得到了改善,这为今后研制蛭石高分子阻燃材料奠定了基础。5有机改性社会主义k-4-甲基苯磺酸钠z和3-烷基三丁脂膨胀张环平(1)辽宁清原膨胀蛭石化学成分以富Si、Fe,贫AlⅣ、AlⅥ为特征,层间阳离子主要为K和Mg,阳