3.4　蛭石化学-微波剥离

Marcos等^[1]对不同种蛭石进行了过氧化氢化学处理和微波热处理，研究实验条件对蛭石剥离的影响。一些学者在研究中发现经H₂O₂溶液处理的某些蛭石的XRD图谱没有变化，为了获得更多关于过氧化氢处理的蛭石剥离的数据，弄清楚蛭石剥离过程是否发生了结构上的变化，他们分别进行了实验。如图3-15（a）和（b）所示，在用过氧化氢处理蛭石样品（Santa Olalla、Libby和Gois）时，像Santa Olalla这样纯净的样品的变化很小（轻微的结构紊乱），剥离程度较低；如图3-15（c）所示，Libby样品剥离程度较高，并且随着过氧化氢浓度的增加，样品的剥离速度加快，这可能是由于蛭石的阳离子交换性使得溶解或交换的钠、钾、镁和铁离子的溶解量增加。如图3-16所示，来自Gois的样本在微波照射下没有剥离，与未处理样品相比，处理样品的X射线衍射图也没有发生重大变化，用过氧化氢处理后再用微波照射几秒后就剥离了。由此表明，经过氧化氢处理后的蛭石片会发生结构上的变化，从而在一定条件下达到剥离的目的，像Gois这样成分相似的蛭石，未来都可以采取类似的手段来处理，为以后对蛭石剥离的研究提供了新的思路。

Weiss等^[21]通过过氧化氢和微波处理，将细粒镁蛭石剥离并降解为纳米颗粒，并对其工艺条件进行了监测。纳米层状硅酸盐颗粒的尺寸是制备纳米复合材料的重要参数，当细小的层状硅酸盐颗粒均匀地分散在聚合物基体中时，可以获得最佳的性能。为此，他们采用热过氧化氢法研究了新的、更有效的层状硅酸盐分层／剥离方法来制备蛭石纳米颗粒，经热处理、微波处理或过氧化氢处理后，如图3-17（a）所示，镁蛭石的001衍射峰强度显著降低；当过氧化氢处理与热处理或微波处理相结合时，如图3-17（b）所示，观察到001峰值强度降低得更显著；如图3-17（c）所示，当样品在80℃下用过氧化氢处理5h，然后在微波炉中加热40min，001衍射峰曲线变得非常分散，其峰值强度下降到小于1%（与未处理样品相比），X射线衍射图中001衍射峰的消失是由于粉末颗粒剥离（<5μm）成纳米级薄片并用c轴随机化将其破坏成纳米域，随着处理时间的延长和过氧化氢浓度的升高，001峰强度的降低更为明显。最终经过80℃热处理以及随后微波处理的样品剥离更加彻底，该条件为细粒镁蛭石剥离并降解为纳米颗粒的最佳工艺条件。

蛭石和金云母可通过化学和热处理方法剥离，以获得具有化学惰性、吸附性以及耐火、低密度的材料，具有优异的隔热和隔声性能。黏土的含水量通常决定了剥离的程度，夹层的存在被认为会增加剥离的速率，蛭石的层状结构导致其夹层存在水分子，水分子具有极高的极性，且结构高度不对称，考虑到微波与水的强相互作用，Obut等^[22]分别研究了微波功率对水和过氧化氢溶液处理后的蛭石及金云母的剥离特性的影响。他们通过XRD、电子探针、热分析（TG和DTA）等方式对蛭石在不同温度下的热行为进行了研究。结果表明，微波处理可以快速将薄片间的水分子分离，促使样品层间分离，蛭石样品的剥离率分别是金云母样品的2.8倍和5.6倍，这与它们的含水量相符。如图3-18所示，在处理和未处理样品的XRD图中没有观察到重大变化，即微波处理不会引起样品的结构变化，且VMT样品的第一个峰值出现在12.63Å处，意味着样品的层间仍然含有水分子，暴露在微波中不能将所有水分子完全去除。通过DTA/TG数据可知剥离量与烧失量之比是所有样品的常数，这表明蛭石和金云母的微波剥离主要与层间水有关。