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有机蒙脱石的结构是决定其应用性能的内在因素,为了考察蒙脱石有机改性过程中结构的变化规律及其结构与性能的相关性,本文以提纯的钙基蒙脱石为原料(代号为WF和LX),采用悬浮液有机改性工艺方法,系统研究了有机改性剂种类、改性工艺参数、蒙脱石层电荷数等因素对有机蒙脱石结构和性能的影响,分析了有机蒙脱石结构形成的理论模型,建立了有机蒙脱石结构和性能的相关性理论,并对不同结构的有机蒙脱石在涂料中的应用性能进行了评价。 本论文的主要研究成果如下: 1.提出了一种简单易行的计算蒙脱石层电荷的新方法-阳离子交换容量法,利用该方法计算了山东两不同产地的蒙脱石(WF和LX)单位半晶胞的层电荷,其计算结果与传统的晶体结构式推算法比较接近。 2.提出了蒙脱石有机改性过程中需要控制的关键工艺参数,这些参数包括蒙脱石层电荷特征、改性剂种类、用量、反应温度和时间;对所研究的蒙脱石样品提出了最优化工艺条件,同时对对应最佳有机化工艺条件制备的有机改性蒙脱石进行了XRD、FTIR、SEM和DTA综合表征,研究了蒙脱石改性前后的结构变化特征。 3.首次系统研究了蒙脱石层电荷对有机蒙脱石凝胶性能的影响规律,并进行了机理分析,研究发现蒙脱石层电荷越低,制备的有机蒙脱石的凝胶性能越好,反之越差。该结论对蒙脱石的有机改性工艺中原料蒙脱石的选择可以提供理论上的指导。 4.系统研究了不同1831改性剂用量下,有机蒙脱石的结构变化规律,提出了改性剂用量和有机蒙脱石结构的匹配性模型;同时研究了有机蒙脱石结构随改性时间的变化规律,首次提出了有机蒙脱石结构随时间变化的动态模型,首次发现了有机蒙脱石中的混层结构。 5.首次系统研究了有机蒙脱石结构与凝胶性能的相关关系,提出了有机蒙脱石具有优良凝胶性能应具有的结构特征:具有单层倾斜结构的有机蒙脱石其凝胶性能优于具有单层平卧结构和混层结构的有机蒙脱石。该规律通过对有机蒙脱石在丙烯酸涂料中的应用试验得到了进一步的验证。