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高岭土自组装复合物

时间:2014-05-12 09:52:13

作者:世邦机器

水溶液中的层层自组装(layerstrongylayerself-as-semstrongly,LBL)是在固体底物上构建组合结构的一种常用的、比较直接的方法。刘哲等(2008)借鉴此技术,将其应用于造纸中高岭土涂布中,用LBL技术在纸页上构建多层聚合物/高岭土复合物,其步骤如下:把测试纸页浸入PAH溶液(0.50%)5min;经纯水冲洗后,在105℃烘箱中干燥10min;浸入现配并经分散处理的高岭土分散液(液中高岭土颗粒的平均粒径为235.7nm,ζ电位为-47.8mV,pH值为7.0)10min;再次纯水冲洗,然后在105℃烘箱中干燥10min。

重复以上步骤若干次,可以制备n层PAH和n层高岭土纳米片晶交替的超薄薄膜。结果显示,当测试纸页涂布上聚烯丙胺氢氯化物(PAH)/高岭土复合物后,其表面特性发生显著变化,在LBL自组装过程中,经过超声波处理的高岭土片晶组装在纸页表面时,其疏水表面大都暴露于外表面。

这样的排列将会增加纸页表面的疏水性,而且其要求高岭土片晶均匀地覆盖在底物上,使得边缘不会暴露于外表面;而在随机涂布高岭土的表面,薄层片晶疏水面(氧原子面)和亲水面(羟基面)以及一些亲水的边缘随意地暴露在外表面,以至于产生一个相对亲水的表面。这是因为高岭土晶体理想结构式为[Al4Si4O10](OH)8。高岭土晶体由两种类型的薄片构成:四面体类型(命名为T)和八面体类型(命名为O),它们相互堆积着。四面体薄片是由[SiO4]四面体不断连接形成的平面网络结构,邻近的四面体共同拥有3个氧原子。

八面体薄片是由Al(OH)八面体聚合形成。高岭土由1个四面体薄层和1个八面体薄层形成1个单元层,命名为TO。高岭土片晶由许多TO层构成。高岭土片晶的外表面一面是羟基面,另一面是氧原子面。除了顶面和底面外,高岭土晶体的外表面还包括各层的边和“断键面”。高岭土加工设备加工的高岭土的边缘占其总面积的20%,而2个面各占外表面的40%。众所周知,边缘面和断键面暴露了很多官能团,它们非常活泼,可能作为电子对的供体和受体参与反应。有关研究者使用分子动力学分析了高岭土表面,指出高岭土各层的八面体面(羟基面)和四面体面(氧原子面)的化学性质不同,并且分别呈现亲水性和疏水性。

总之,高岭土的用途在LBL技术在纸页上构建的多层聚合物/高岭土复合物能显著改善测试纸页的表面特性,改善了纸的疏水性,提高了测试纸页的湿强度。在纸页涂布材料精确控制上,LBL技术有着很明显的优点,通过LBL技术获得的紧密的纳米颗粒层有一个疏水的表面,而通过高岭土片晶简单涂布却不能获得这样的表面。

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