高岭石径厚比的控制及其对橡胶纳米复合材料性能的影响-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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高岭石径厚比的控制及其对橡胶纳米复合材料性能的影响

项目名称：高岭石径厚比的控制及其对橡胶纳米复合材料性能的影响
项目类别：重点项目
批准号：51034006
申请代码：E041105
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2011-01-01-2014-12-31

项目负责人：刘钦甫
负责人职称：教授
依托单位：中国矿业大学（北京）
批准年度：2010

中文摘要：

径厚比是影响层状硅酸盐矿物在聚合物基质中阻隔性能的重要因素。本项目基于不同成因和来源高岭土结构、晶形、理化性能研究基础上，采用"预插层－高剪切剥片－原位改性"制备工艺，详细研究影响高岭石片层径厚比的诸因素，例如原料性质及结构、插层剂种类及工艺、高岭石晶层解离技术及工艺、高岭石表面修饰技术等对高岭石径厚比的控制作用。同时，通过对高岭石片层大小、形状参数及其检测技术和原理的研究，试图建立一套统一的定量的检测高岭石径厚比的方法和技术。本项目研究对于在传统的橡胶混炼和成型工艺下，制备同时具有增强和阻隔性能的高岭土/橡胶纳米复合材料具有重要的理论和实际意义。

中文主题词：高岭石；径厚比；插层；剥离；橡胶复合材料

英文摘要：

Kaolinite；Aspect ratio；Intercalation；Exfoliation；Kaolinite/rubber nanocomposite

英文主题词： Kaolinite；Aspect ratio；Intercalation；Exfoliation；Kaolinite/rubber nanocomposite

结论摘要：

高岭土是一种重要的工业矿物原料。高岭石的径厚比对其应用性能具有重要影响。在对不同成因和来源高岭石的结构和性质进行研究基础上，采用“插层-剥片-改性”技术路线，探讨了插层剥片过程中影响高岭石径厚比、粒度、结构变化控制因素，发明了一种高岭石径厚比测算方法，制备出能够保持良好晶形的具有高径厚比、高分散性、高阻隔和补强性能的高岭石片层材料，为深层次开发我国高岭土资源，发展我国“绿色橡胶”战略，均具有重要的理论和实际应用价值。高岭石是一种层状铝硅酸盐矿物，其晶层之间靠氢键作用力紧密连接在一起形成垂向上堆叠集合体。本项目发明出一种高效插层技术，使大分子阴、阳离子化合物插层进入高岭石层间，使其层间距由0.715nm扩大至2.0-5.0nm。研究发现当高岭石层间距扩大至2.0nm以上时，高岭石晶层间的作用力将极大减弱并趋于消失，从而使高岭石晶层在其自身结构错位产生的驱动力作用下发生卷曲，形成管状结构。通过调整阴阳离子插层剂类型及其分子链长度，达到剥片高岭石形貌控制。高岭石的径厚比对橡胶的补强性能、阻隔性能和动态性能具有重要影响，随着径厚比的增加，橡胶复合材料力学性能、气体阻隔性能、动态储存模量、损耗模量及动态生热均随之提高。基于高岭石结构和形貌参数，提出了比较切合实际的橡胶复合材料的力学增强模型、气体阻隔模型和动态生热模型。本项目研究回答了是否可以通过改变高岭石层间作用力达到形貌可控这个具有巨大潜在经济价值的科学问题。项目研究成果发表论文57篇，其中在国际专业期刊Applied Clay Science、Journal of Colloid and Interface Science、Applied Surface Science等被SCI收录32篇，EI收录11篇，中文核心14篇；授权发明专利2项，申请发明专利10项；2012年获得教育部高等学校科学研究优秀成果（自然科学奖）二等奖1项，2013年获得河北省科技进步一等奖1项，同年获得国土资源部科技进步二等奖1项；培养的博士研究生2011年度获“李四光优秀博士研究生奖”，2012年获得北京市优秀博士学位论文；课题组主要研究人员于2014年获得“侯德封矿物岩石地球化学青年科学家奖”，同年获得“北京市优秀人才青年骨干”称号；2015年获得“北京市科技新星计划”资助。

成果综合统计