异氰酸酯改性凹凸棒土的制备开题报告

1. 研究目的与意义

凹凸棒(attapulgite,atp)又称坡缕石(palygrosbite)或坡缕缟石。在矿物学上属于海泡石族,其化学式为:mg5(h2o)4[si4o10]2(oh)2。是一种具有独特性能的层链状分子结构的含水富镁铝硅酸盐矿物。其晶体结构呈长宽比很高的纤维状或窄带状,依产地不同而有所差异。国内于1979年首次发现凹凸棒土,主要分布在江苏盱眙、六合和安徽嘉山矿床。20世纪70年代末先后在四川、山东、甘肃等地发现了一批矿点,尤其是在甘肃中、西部发现大型含碘凹凸棒石矿,属世界首次发现含碘矿属,远景储量达1 g,使我国成为世界上拥有凹凸棒石矿土资源的大国。1940年,bradley首先阐述了凹凸棒土的结构。其显微结构一般包括三个层次:①其基本结构单元为棒状或纤维状单晶体,简称棒晶;②单晶平行聚集而成的棒晶束;③晶束(包括棒晶)相互聚集堆砌而成的各种聚集体。由于凹凸棒土独特的晶体结构,使其具有许多特殊的物化及工艺性能,如阳离子可交换性、吸水性、吸附脱色性、大的比表面积(9.6~36.0 m2/g)以及胶质性和膨胀容等,使之在石油、化工、建材、造纸、医药、农业等方面得到广泛的应用。

本实验通过盐酸活化、ctab接枝和tdi预反应修饰制备改性凹凸棒土等步骤，对凹凸棒土进行改性预处理，采用甲苯-2,4-异氰酸酯(tdi)来改性凹凸棒石，利用tdi和att表面羟基的高反应活性，一方面可以改善改性后凹凸棒石的表面性能，另一方面增强改性后凹凸棒石和基体的相互作用。在实验过程中，对凹凸棒石采用的改性手法是预反应改性凹凸棒石(oatt1)，即预先采用异氰酸酯改性凹凸棒石。

并通过红外、xrd、xps和tg等分析方法对改性的凹凸棒土进行样品分析研究，来判断改性后凹凸棒土的性质性能，进行一些简单的理论研究，并探讨改性凹凸棒土的应用及发展前景。

2. 国内外研究现状分析

凹凸棒石是一种纤维状硅酸盐，具有好的力学强度和热力学稳定性，这使att成为理想的橡塑增强材料。已有凹凸棒石和聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂、尼龙 6、聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚氨酯以及高支化脂肪族树脂等聚合物的复合材料的文献报道。但是由于凹凸棒石比表面积大，易团聚，并且表面含有极性的羟基，故它与非极性的有机高聚物的亲和性很差。若对其表面进行改性，则无疑能改善其与橡塑材料的相容性，这样有利于凹凸棒石的分散和解离，最终得到性能优异的纳米复合材料。

凹凸棒石的表面改性主要分为无机和有机两类。无机的改性主要是焙烧处理和超声处理；有机改性主要是偶联剂改性、阳离子表面活性剂、酸活化、以及表面接枝有机物。

lihua wang等通过融熔共混法制备聚丙烯(pp)/凹凸棒(atp)纳米复合粒子。其首先通过硅烷偶联剂kh-570对atp有机改性处理后接枝丙烯酸丁酯(ba),提高atp在pp基体中的分散性,通过ftir、tem、xrd等分析结果表明,atp的加入并没有改变pp的晶体机构,但改性后的atp能较好均匀地分散在基体中,起到成核剂的作用。复合粒子的储能模量增加和tanδ值的降低表明有机凹凸棒土在pp基体中具有较好的强化效果,提高了pp材料的机械性能。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

本次实验通过酸活化、接枝和TDI改性等步骤对凹凸棒土进行预处理，通过对产物的分析研究来判断改性后凹凸棒土的性质性能，以及探讨改性凹凸棒土的应用及发展前景。

本实验采用甲苯-2,4-异氰酸酯(TDI)来改性凹凸棒石，利用TDI和ATT表面羟基的高反应活性，一方面可以改善改性后凹凸棒石的表面性能，另一方面增强改性后凹凸棒石和基体的相互作用。在实验过程中，对凹凸棒石采用的改性手法是预反应改性凹凸棒石(OATT1)，即预先采用异氰酸酯改性凹凸棒石。

4. 研究创新点

国内凹凸棒土发现相对于国外较晚,研究和生产加工技术水平也相对落后,所以,我国凹凸棒土产品主要应用于无机化工、建材工业、农业、食用油加工业等领域,初级加工产品和低附加值产品较多,造成优质原料没有得到合理的开发利用。

因此,利用国内凹凸棒土资源丰富的特点,研制开发技术含量高、附加值高的凹凸棒土产品,具有重大意义。

综前所述,对凹凸棒土进行改性处理(尤其是有机表面改性)赋予凹凸棒土特殊的性质后极大地拓宽了其应用范围,是未来该领域的重要研究方向,同时应在开发过程中,将科研与生产相结合,使科研成果尽快转化为生产力,转化为商品。