程健維 ，王 鈺 ，鄭欣睿 ，張 蕊 ，冉德志 ，吳雨航 ，關(guān)品品

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 安全工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

煤炭是我國(guó)一次能源中最為經(jīng)濟(jì)、可靠的資源[1]。近10 年以來(lái)，隨著礦井智能化、機(jī)械化、自動(dòng)化水平的日益提高以及多地煤礦全面進(jìn)入深部開(kāi)采階段，在深部高地應(yīng)力、高地溫、高瓦斯、高水壓等環(huán)境和高強(qiáng)度開(kāi)采擾動(dòng)下，增加了瓦斯、煤塵、火災(zāi)、熱害等災(zāi)害發(fā)生的潛在隱患，對(duì)我國(guó)煤礦的安全生產(chǎn)和煤礦工業(yè)的發(fā)展造成不利影響，威脅工人的職業(yè)健康與安全[2-3]。2021 年全國(guó)礦山仍然發(fā)生事故336 起、死亡474 人，造成大量財(cái)產(chǎn)損失。

煤礦的各種災(zāi)害治理除了有效工程措施設(shè)計(jì)以外，最為重要的是各種治理災(zāi)害所用到的各種材料能夠發(fā)揮其效果。例如煤礦常用抑制瓦斯爆炸范圍擴(kuò)大的粉體材料，主要是各類無(wú)機(jī)抑爆粉體顆粒（固相）與瓦斯爆炸火焰波（氣相）之間的接觸進(jìn)行自由基等的消除。又如防滅火材料，主要是各類防火材料（液相）與煤巖體表面（固相）的接觸性能增強(qiáng)，從而保證防火材料長(zhǎng)期駐留在煤表面，達(dá)到隔絕氧氣滅火的目的。因此，治災(zāi)材料效果的發(fā)揮，實(shí)質(zhì)上探究其和災(zāi)害介質(zhì)的結(jié)合或者各種復(fù)雜的物理化學(xué)作用關(guān)系，如果能夠發(fā)揮好其特殊的性能則對(duì)治災(zāi)效果的實(shí)現(xiàn)事半功倍。王信群等[4]進(jìn)行BC 干粉表面改性與細(xì)化，提高了其比表面積和表面特性，研究發(fā)現(xiàn)粒徑小于10 μm 數(shù)量級(jí)時(shí)可以較好地提高粉體的抑爆效果；張光華等[5]利用石蠟和陽(yáng)離子石蠟乳液對(duì)煤粒表面進(jìn)行改性，研究發(fā)現(xiàn)孔隙度和疏水性都有顯著改善，當(dāng)石蠟用量為2%時(shí)，其封孔效果較佳，表面疏水性顯著提高，煤與水表面接觸角從22.62°提高到122.12°，最高成漿濃度從55%提高到60.5%；馮艷艷等[6]對(duì)活性炭進(jìn)行氧化改性，用Boehm 滴定法、TPD-MS 和N2吸附方法對(duì)其進(jìn)行表征，研究發(fā)現(xiàn)改性后活性炭上的含氧官能團(tuán)含量顯著增加尤其是羧基的含量；聶士斌等[7]為解決礦用防滅火凝膠材料-傳統(tǒng)水玻璃凝膠強(qiáng)度低、膠體易開(kāi)裂等缺陷,將高分子聚合物與交聯(lián)劑引入防滅火凝膠材料-傳統(tǒng)水玻璃凝膠中制備出由水玻璃與高分子聚合物通過(guò)互穿網(wǎng)絡(luò)而生成的復(fù)合凝膠，研究發(fā)現(xiàn)明顯增強(qiáng)了凝膠的強(qiáng)度與保水性，解決了礦用凝膠失水后開(kāi)裂和粉碎問(wèn)題，且復(fù)合凝膠具有更堅(jiān)固、更緊密的纏接骨架結(jié)構(gòu)，阻化率高達(dá)69.1%，該復(fù)合凝膠能有效抑制煤的燃燒，防止煤的復(fù)燃?？梢钥闯?，自然界沒(méi)有完美的材料能夠?qū)崿F(xiàn)某一種特定的功能。但是完全可以通過(guò)人為的改造，來(lái)定向發(fā)揮某種材料的某些特殊的長(zhǎng)處。界面改性就提供了這一解決問(wèn)題的思路，利用各種物理手段或者化學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理作用，改善表面形態(tài)及性質(zhì)，產(chǎn)生或者定向加強(qiáng)某種新功能，更好的促進(jìn)材料和災(zāi)害介質(zhì)的相互作用達(dá)到治理的目的。

膨潤(rùn)土基材料具有典型的層狀立體晶格結(jié)構(gòu)，帶來(lái)巨大的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的鎖水特性、隔氧吸熱降溫性、微尺度多孔特性、層間空隙形成多孔吸附特性、低導(dǎo)熱特性5 種典型特性，分別可以對(duì)應(yīng)來(lái)治理特定煤礦災(zāi)害。因此，利用改性方案，強(qiáng)化上述特性，包括：通過(guò)機(jī)械-化學(xué)聯(lián)合改性，改變比表面積與表面能，增強(qiáng)材料活性；通過(guò)有機(jī)活化-無(wú)機(jī)鹽改性法，于礦物層間插入極性分子或基團(tuán)，改變表現(xiàn)特性；通過(guò)復(fù)合偶聯(lián)劑-表面分散法，重新形成枝節(jié)，實(shí)現(xiàn)縮合反應(yīng)，形成靜電力排斥，平均化表面電荷量用以抵抗?jié)櫇癍h(huán)境下的粉體的團(tuán)聚效果；通過(guò)復(fù)合聚合物熔融插層方法，實(shí)現(xiàn)熱穩(wěn)定性。

1 膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)

膨潤(rùn)土，屬單斜晶系，是一種以蒙脫石為主要成分的天然非金屬礦物，又稱斑脫巖或者膨土巖，有時(shí)也稱白泥[8]，是火山巖和火山灰經(jīng)蝕變和風(fēng)化的產(chǎn)物。膨潤(rùn)土具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，理論化 學(xué) 組 分 為 SiO2（66.72%）、 Al2O3（25.3%）、H2O（8%），晶體結(jié)構(gòu)由2 層硅氧四面體夾1 層鋁氧八面體構(gòu)成，是一種具有二維通道和大孔分子篩結(jié)構(gòu)的2∶1 型層狀硅酸鹽。膨潤(rùn)土的晶體結(jié)構(gòu)圖如圖1，蒙脫石典型3 層結(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖1 膨潤(rùn)土的晶體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Crystal structure diagram of bentonite

圖2 蒙脫石典型3 層結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Typical three-layer structure diagram of montmorillonite

當(dāng)硅氧四面體中的Si4+被Al3+置換，或鋁氧八面體中的 Al3+被 Mg2+、Zn2+等離子置換時(shí)，就會(huì)使得晶體結(jié)構(gòu)帶負(fù)電荷，在晶層間產(chǎn)生勢(shì)場(chǎng)畸變，為了達(dá)到電荷平衡，被負(fù)電場(chǎng)所吸附的陽(yáng)離子會(huì)進(jìn)行交換[9]，使其位于單元層間，即所謂同象置換現(xiàn)象，這也使得膨潤(rùn)土具有離子交換性?；诖朔N特性，學(xué)者們?cè)谂驖?rùn)土層間引入各種各樣的陽(yáng)離子或者陽(yáng)離子基團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)了多維度的膨潤(rùn)土改性。

得益于膨潤(rùn)土的層狀結(jié)構(gòu)以及元素在結(jié)構(gòu)中的分布，其具有可交換陽(yáng)離子容量大、體積膨脹性好、性質(zhì)穩(wěn)定且無(wú)毒、良好的吸附和分散性能、化學(xué)活性較高等優(yōu)良特性，已應(yīng)用到食品、交通、醫(yī)藥、能源和化工等多個(gè)領(lǐng)域[10]，用途極為廣泛，因此也被稱為“萬(wàn)能土”。膨潤(rùn)土屬性的劃分主要是依據(jù)蒙脫石中可交換離子的種類、數(shù)量和比例，一般可分為鈣基膨潤(rùn)土、鈉基膨潤(rùn)土、鈉-鈣基膨潤(rùn)土和鈣-鈉基膨潤(rùn)土。

2 可利用的膨潤(rùn)土材料物化特性

2.1 立體晶格結(jié)構(gòu)鎖水特性

蒙脫石是膨潤(rùn)土的主要成分，其顆粒細(xì)小，遇水易形成膠體，當(dāng)使用外力使其分散在水溶液中時(shí)，晶格間的鍵斷裂產(chǎn)生電負(fù)性，使其呈現(xiàn)為同一種電荷，相互排斥[11]，硅氧鍵和鋁氧鍵在分散相中斷裂，端面鍵被破壞。當(dāng)pH>7 時(shí)，膨潤(rùn)土以膠體形式分散懸浮在溶液中[12]。由于膨潤(rùn)土礦物材料主要由膨脹晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成，整體呈現(xiàn)層狀分布，同時(shí)制備工藝中通常含有破碎工藝，因此其吸水膨脹主要包括層間和顆粒間吸水。微觀層面上層與層以化學(xué)鍵連接，在電場(chǎng)力的作用下，水分子依據(jù)雙電層理論形成水膜[13]。顆粒之間的間距變大，宏觀性能為吸水膨脹。

制備該類材料基的液體漿液在膨脹過(guò)程中，層間吸水和粒間吸水同時(shí)發(fā)生，這也是其遇水膨脹成膠能力強(qiáng)的原因。層間吸水通常為3 層，粒間吸水除受顆粒電場(chǎng)力吸引外，還受其他添加膠團(tuán)的引力與基團(tuán)交聯(lián)影響，宏觀上可吸收自身質(zhì)量8～15 倍的水形成膠體。吸水膨脹后，立體晶格空間分布容易形成封閉空間，基團(tuán)（水分子）間受力平衡，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 層狀晶格的熱穩(wěn)定性

膨潤(rùn)土具有獨(dú)特的一維層狀納米結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對(duì)熱穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。無(wú)機(jī)納米粒子可以阻隔質(zhì)量和熱量的傳遞，延遲熱分解氣體與外界的能量交換，從而降低燃著體在燃燒過(guò)程中的熱釋放速率[14]。膨潤(rùn)土有良好的親水性，大量的水分子可以進(jìn)入膨潤(rùn)土的層間結(jié)構(gòu)。

當(dāng)其覆蓋在燃燒體（如：煤等）表面時(shí)，初期含有的大量水分可以迅速降低煤體溫度，中斷煤體的蓄熱進(jìn)程，隨著煤溫的升高，復(fù)合鈉基膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)分解，會(huì)釋放出鎂、硅等離子覆蓋在其表面，又起到隔氧的作用。滅火機(jī)理示意圖如圖3。

圖3 滅火機(jī)理示意圖Fig.3 Schematic diagram of fire extinguishing mechanism

2.3 膨潤(rùn)土的微尺度多孔特性

膨潤(rùn)土內(nèi)部包含了很多微小孔隙結(jié)構(gòu)，而這些結(jié)構(gòu)使得其含有大量表面吸附水、層間水分子和晶體結(jié)構(gòu)水，同時(shí)也使晶格邊緣裸露的Si-OH、Al-OH 等羥基與外界直接接觸。膨潤(rùn)土的多孔隙結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了其粉體對(duì)火焰的捕捉、消耗功能，可以發(fā)揮抑制、消除瓦斯、煤塵爆炸的火焰[15]。

膨潤(rùn)土的多孔隙結(jié)構(gòu)不僅使其具有了良好的吸附能力，也增強(qiáng)了粉體的抑爆性能。粉體中所包含水分的分解過(guò)程，具有良好的吸熱效應(yīng)，而熱分解產(chǎn)生的水蒸氣不僅能夠稀釋空氣中的氧濃度，而且能夠吸收爆炸過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量，使爆炸體系的熱損失量大于反應(yīng)熱釋放量，抑制熱量的增加和傳遞，達(dá)到抑爆的目的，實(shí)現(xiàn)吸熱效應(yīng)導(dǎo)致的物理抑制[16]。晶格邊緣裸露的羥基在高溫中容易發(fā)生斷裂形成陽(yáng)離子，與爆炸產(chǎn)生的自由基結(jié)合，對(duì)于爆炸的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)起到了阻斷作用，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)抑制作用[17]。膨潤(rùn)土抑爆機(jī)理示意圖如圖4。

圖4 膨潤(rùn)土抑爆機(jī)理示意圖Fig.4 Schematic diagram of explosion suppression mechanism of bentonite

2.4 膨潤(rùn)土的層間空隙形成多孔吸附特性

膨潤(rùn)土獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和良好的離子交換能力，使得其具備優(yōu)異的吸附性能。膨潤(rùn)土的吸附作用機(jī)制可分為物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換吸附[18]。

物理吸附又稱為范德華吸附，可以發(fā)生在任何固體表面，它是由吸附質(zhì)和吸附劑分子間作用力引起的，結(jié)合力較弱，吸附熱也較小，無(wú)選擇性，容易因?yàn)橥饨鐥l件的變化脫附，在一定程度上是可逆的。膨潤(rùn)土的外表面積雖然只有幾十平方米每克，但根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)計(jì)算其內(nèi)表面積，理論總表面積可達(dá)到600～800 m2/g。膨潤(rùn)土具有較大比表面積的同時(shí)，也擁有巨大的表面能[19]，這是膨潤(rùn)土廣泛應(yīng)用于廢氣和廢水凈化處理的基礎(chǔ)，尤其是針對(duì)礦山柴油車的尾氣處理，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

膨潤(rùn)土對(duì)于吸附質(zhì)還具備化學(xué)吸附作用，吸附質(zhì)分子與膨潤(rùn)土表面分子發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移、交換或共有，對(duì)于具有膨脹晶格結(jié)構(gòu)的礦物，層間以形成的化學(xué)鍵進(jìn)行連接。礦物層吸附示意圖如圖5。

圖5 礦物層吸附示意圖Fig.5 Mineral layer adsorption diagram

顆粒發(fā)生層間膨脹與雙電層吸附膨脹，其體積膨脹量計(jì)算如下：

式中：d'為擴(kuò)散水膜厚度，10-10m；e為電子電荷；Zi為離子價(jià)數(shù)；Ci為離子摩爾濃度；N為阿伏伽德羅常數(shù)；D為溶液介電常數(shù)；K為玻爾茲曼常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度，K；ni為每立方厘米中離子的數(shù)量。

2.5 膨潤(rùn)土的低導(dǎo)熱特性

膨潤(rùn)土基材料具有體積密度小、孔體積大、導(dǎo)熱率低、吸附力強(qiáng)、孔隙率高等特性，膨潤(rùn)土性能及礦用隔熱材料性能要求對(duì)比見(jiàn)表1。以導(dǎo)熱率低的膨潤(rùn)土作為基料代替導(dǎo)熱系數(shù)較高的原材料，制作出的隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)更小，隔熱性能越強(qiáng)。礦用隔熱材料在現(xiàn)場(chǎng)采用噴射施工方式，目前施工時(shí)存在回彈量大的問(wèn)題，而膨潤(rùn)土的強(qiáng)吸附性可有效改善黏性，減少噴漿回彈量增加材料利用率。此外膨潤(rùn)土使得礦用隔熱材料兼具輕質(zhì)的特點(diǎn)，且成本低便于施工運(yùn)輸。

表1 膨潤(rùn)土性能及礦用隔熱材料性能要求對(duì)比Table 1 Comparison of properties of bentonite and performance requirements of thermal insulation materials for mines

綜上，膨潤(rùn)土基材料具有這些特性，可以很好地結(jié)合煤礦災(zāi)害治理技術(shù)的需求而進(jìn)行某些特性的改造與定向強(qiáng)化。如強(qiáng)化晶格結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的鎖水特性，可以很好地實(shí)現(xiàn)材料的保水功能，無(wú)論實(shí)現(xiàn)瓦斯鉆孔的液相封堵還是對(duì)防滅火材料性能的提升，都具有積極的作用；多孔特性及表面定向憎水特性的實(shí)現(xiàn)，對(duì)抑爆粉體的增強(qiáng)分散度和捕捉火焰實(shí)現(xiàn)湮滅具有重要的意義。膨潤(rùn)土基材料特性的改性與災(zāi)害防治如圖6，展示了膨潤(rùn)土基材料配合其他輔助性材料混搭作用下，通過(guò)各種強(qiáng)化改造方式，發(fā)揮其某些特定的特長(zhǎng)作用，研制對(duì)應(yīng)的災(zāi)害治理材料，從而達(dá)到各種災(zāi)害場(chǎng)景下的工程控制目的。

圖6 膨潤(rùn)土基材料特性的改性與災(zāi)害防治Fig.6 Modification of properties of bentonite based materials and disaster prevention

3 膨潤(rùn)土的改性思路及方法實(shí)踐

3.1 機(jī)械-化學(xué)聯(lián)合改性

通過(guò)機(jī)械-化學(xué)聯(lián)合改性改變比表面積與表面能，增強(qiáng)材料活性。

機(jī)械力化學(xué)改性是指通過(guò)外部施加機(jī)械力作用，同時(shí)添加特定物質(zhì)對(duì)其進(jìn)行表面改性。膨潤(rùn)土礦物表面具有吸附性，因此可與有機(jī)基團(tuán)或無(wú)機(jī)化合物形成吸附,根據(jù)吸附作用不同，分為物理吸附和化學(xué)吸附[20]。物理吸附由礦物表面能決定，黏土顆粒小、比表面積大，則表面能越大、吸附現(xiàn)象明顯；而表面有機(jī)基團(tuán)或無(wú)機(jī)化合物之間產(chǎn)生的吸附,主要是礦物表面的羥基、氧原子與有機(jī)化合物之間形成的氫鍵吸附。

當(dāng)黏土顆粒受到外界機(jī)械力作用時(shí)，晶格部分端面羥基鍵斷裂，結(jié)構(gòu)遭到破壞，結(jié)晶程度降低，同時(shí)畸變內(nèi)能變大，表面活性提高，導(dǎo)致顆粒與其他物質(zhì)的反應(yīng)活化能降低，從而促進(jìn)顆粒表面反應(yīng)的進(jìn)行。具體過(guò)程可分為以下3 個(gè)階段：①顆粒表面形成有一定厚度的無(wú)定形層；②粒子晶體結(jié)構(gòu)逐漸向無(wú)定形化轉(zhuǎn)移；③粒子內(nèi)部機(jī)械能量積聚，結(jié)果使分子、原子或離子的排列發(fā)生變化，逐漸轉(zhuǎn)化為另一種晶體結(jié)構(gòu)[21-22]。因此通過(guò)摩擦、擠壓、高速攪拌等強(qiáng)機(jī)械力改性后，材料粒度變細(xì)，比表面積變大，表面能提高，反應(yīng)活性提高；同時(shí)過(guò)程中通過(guò)添加特定組成組分，可改變層距，使緊密堆積的層狀排布改性為疏松且部分剝離[23]，有利于極性基團(tuán)插入，有助于特定理化反應(yīng)進(jìn)行。

3.2 有機(jī)活化-無(wú)機(jī)鹽改性

通過(guò)有機(jī)活化-無(wú)機(jī)鹽改性法，于礦物層間插入極性分子或基團(tuán)，改變表現(xiàn)特性。

膨潤(rùn)土礦物層與層間存在大量孔道空間，使用有機(jī)活化法改性可以改變局部結(jié)構(gòu)，增加層間距，同時(shí)有機(jī)活化劑與晶層結(jié)構(gòu)可以發(fā)生離子交換、鍵合作用，外加組分取代層間可交換性陽(yáng)離子或吸附水，改性后失去或部分失去吸附水，并生成具備有關(guān)特性的膨潤(rùn)土–有機(jī)復(fù)合物[12]。根據(jù)插入基團(tuán)不同而具備不同特性，宏觀表現(xiàn)為本身具備優(yōu)良的吸附能力，因此工程應(yīng)用時(shí)可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，針對(duì)膨潤(rùn)土某一特質(zhì)進(jìn)行改性。

微觀層面上晶層之間的范德華力使膨潤(rùn)土對(duì)水分子產(chǎn)生物理吸附，同時(shí)晶層中不同分子間存在化學(xué)鍵力，產(chǎn)生化學(xué)吸附。鋁氧八面體和硅氧四面體晶體內(nèi)部的鋁離子、硅離子由于被低價(jià)陽(yáng)離子置換，晶格間形成負(fù)電荷吸附區(qū)，單位晶層中電荷不平衡，被吸附的陽(yáng)離子具有離子交換性，可以置換溶液中的自由陽(yáng)離子，多余的負(fù)電荷吸附正電荷達(dá)到電荷平衡。其中鈉離子的交換性最好，電荷密度較小，金屬活動(dòng)性強(qiáng)，水化能小，電離能力強(qiáng)，其交換率可以達(dá)到100%。

膨潤(rùn)土內(nèi)部比表面積較大，因此對(duì)于大分子有機(jī)物同樣可進(jìn)行相似的物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附有機(jī)物過(guò)程與吸附水分子相似，形成有機(jī)溶液水化膜，吸附后形成穩(wěn)定狀態(tài)；化學(xué)吸附包括化合鍵結(jié)合和離子鍵結(jié)合。有機(jī)活化改性可提高膨潤(rùn)土凝膠性和吸附性，與膨潤(rùn)土質(zhì)量、蒙脫石結(jié)構(gòu)、粒度、改性劑種類和用量等因素有關(guān)。鈉基膨潤(rùn)土相較鈣基膨潤(rùn)土吸附后的有機(jī)膨潤(rùn)土更為穩(wěn)定。

3.3 復(fù)合偶聯(lián)劑-表面分散法

通過(guò)復(fù)合偶聯(lián)劑-表面分散法，重新形成枝節(jié)，實(shí)現(xiàn)縮合反應(yīng)，形成靜電力排斥，平均化表面電荷量用以抵抗?jié)櫇癍h(huán)境下的粉體的團(tuán)聚效果。

導(dǎo)致膨潤(rùn)土納米微粒團(tuán)聚的原因有很多，包括粒子表面電荷的聚集、粒子間的靜電吸引力、納米粒子的隧道效應(yīng)、水解作用、晶橋理論和毛細(xì)管吸附理論等。根據(jù)膨潤(rùn)土本身的粒子特性，采用復(fù)合偶聯(lián)劑-表面分散法對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，增強(qiáng)其在濕潤(rùn)環(huán)境下的分散性能，消除團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。

硅烷偶聯(lián)劑是一類在分子中同時(shí)含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團(tuán)的有機(jī)硅化合物，其通式可以表示為YSiX3，其中Y 為有機(jī)官能基，可與聚合物發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)或形成氫鍵，從而能與聚合物牢固地結(jié)合；X 為可水解基團(tuán)，能與含羥基的無(wú)機(jī)材料反應(yīng)。根據(jù)Y 基團(tuán)中反應(yīng)基的種類，硅烷偶聯(lián)劑也分別稱為乙烯基硅烷、氨基硅烷、環(huán)氧基硅烷、巰基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷等，這幾種有機(jī)官能團(tuán)硅烷是最常用的硅烷偶聯(lián)劑[24]。

選用γ-（縮水甘油醚氧）丙基三甲基硅烷（簡(jiǎn)稱KH560）對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行表面改性，改性過(guò)程包括水解、自縮合、脫水反應(yīng)等。KH560 先在溶液中發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生硅羥基，部分水解產(chǎn)物間發(fā)生自縮合反應(yīng)形成縮合物。硅羥基與縮合物分別與膨潤(rùn)土晶格表面裸露的Si-OH 發(fā)生脫水反應(yīng)，將有機(jī)官能團(tuán)與膨潤(rùn)土晶格牢固地結(jié)合在一起，在晶格表面重新形成枝節(jié)，進(jìn)而形成偶聯(lián)劑層。膨潤(rùn)土由原來(lái)富含羥基的親水性表面變成了包含有機(jī)基團(tuán)的親油性表面，減少了表面羥基與水分子發(fā)生縮合反應(yīng)而導(dǎo)致的硬團(tuán)聚，也平均了粒子的表面電荷量，進(jìn)而改善了膨潤(rùn)土粉體在濕潤(rùn)環(huán)境下的團(tuán)聚現(xiàn)象。

3.4 復(fù)合聚合物熔融插層法

通過(guò)復(fù)合聚合物熔融插層方法實(shí)現(xiàn)熱穩(wěn)定性。膨潤(rùn)土具有天然的納米結(jié)構(gòu)，將聚丙烯、高嶺土等聚合物采用熔融插層法處理得到復(fù)合鈉基膨潤(rùn)土阻燃材料[25]。在插層過(guò)程中，聚合物從熔體中滲入將膨潤(rùn)土粒子包圍，在從晶體與晶體之間的間隙擴(kuò)散至膨潤(rùn)土層間。由于膨潤(rùn)土片層之間具有很高的縱橫比，當(dāng)聚合物滲入膨潤(rùn)土層間時(shí)，可以有效填補(bǔ)之間的空隙，當(dāng)覆蓋在燃燒物體上時(shí)，一方面可以有效阻隔外界空氣進(jìn)入，另一方面可以限制燃燒物熱分解產(chǎn)生的易揮發(fā)氣體在材料中的擴(kuò)散，極大提高復(fù)合鈉基膨潤(rùn)土的熱穩(wěn)定性，增加其阻燃能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）治災(zāi)材料效果的發(fā)揮，實(shí)質(zhì)上探究其和災(zāi)害介質(zhì)的結(jié)合或者各種復(fù)雜的物理化學(xué)作用關(guān)系，界面改性可實(shí)現(xiàn)材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理作用，改善表面形態(tài)及性質(zhì)，產(chǎn)生或者定向加強(qiáng)某種新功能，更好的促進(jìn)治災(zāi)材料作用的發(fā)揮。

2）對(duì)膨潤(rùn)土基材料進(jìn)行了深入的改性研究，提出了機(jī)械-化學(xué)聯(lián)合改性、有機(jī)活化-無(wú)機(jī)鹽改性法、復(fù)合偶聯(lián)劑-表面分散法、復(fù)合聚合物熔融插層法4 種改性思路及方法實(shí)踐，強(qiáng)化了膨潤(rùn)土基材料具有典型的層狀立體晶格結(jié)構(gòu)帶來(lái)巨大的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的鎖水特性、隔氧吸熱降溫性、微尺度多孔特性、層間空隙形成多孔吸附特性、低導(dǎo)熱特性5 種典型特性。