Tổng quan về Nanocomposite

Chào các bạn, mình là thành viên mới gia nhập vào câu lạc bộ Hóa Học, rất vui được đóng góp cùng chia sẻ với các bạn những kiến thức tổng hợp trong lĩnh vực Polymer. :cool (

     An overview of polymer-layered silicate nanocomposites  

I/ Introduction

Composites that exhibit a change in composition and structure over a nanometer length scale have been shown over the last 10 years to afford remarkable property enhancements relative to conventionally-scaled composites-Schmidt, 1985; Novak, 1993; Mark, 1996… Layered silicates dispersed as a reinforcing phase in an engineering polymer matrix are one of the most important forms of such ‘‘hybrid organic–inorganic nanocomposites’’ _Okada and Usuki, 1995; Giannelis, 1996; Ogawa and Kuroda, 1997… Although the high aspect ratio of silicate nanolayers is ideal for reinforcement, the nanolayers are not easily dispersed in most polymers due to their preferred face-to-face stacking in agglomerated tactoids. Dispersion of the tactoids into discrete monolayers is further hindered by the intrinsic incompatibility of hydrophilic layered silicates and hydrophobic engineering plastics. However, as was first demonstrated by the Toyota group more than 10 years ago_Fukushima and Inagaki, 1987., the replacement of the inorganic exchange cations in the galleries of the native clay by alkylammonium surfactants can compatibilize the surface chemistry of the clay and the hydrophobic polymer matrix. «-Caprolactam was polymerized in the interlayer gallery region of the organoclay to form a true nylon 6–clay nanocomposite_Usuki et al., 1993a,b… At a loading of only 4.2 wt. clay, the modulus doubled, the strength increased more than 50, and the heat distortion temperature increased by 808C compared to the pristine polymer… They also demonstrated that organoclays exfoliated in a nylon 6 polymer matrix greatly improved the dimensional stability, the barrier properties and even the flame retardant properties_Kojima et al., 1993a,b; Gilman et al., 1997… More significantly, these composites have been in use in under-the-hood applications in the automobile industry_Okada and Usuki, 1995… The use of organoclays as precursors to nanocomposite formation has been extended into various polymer systems including epoxys, polyurethanes, polyimides, nitrile rubber, polyesters, polypropylene, polystyrene and polysiloxanes, among others. For true nanocomposites, the clay nanolayers must be uniformly dispersed_exfoliated.in the polymer matrix, as opposed to being aggregated as tactoids or simply intercalated_see Fig. 1… Once nanolayer exfoliation has been achieved, the improvement in properties can be manifested as an increase in tensile properties, as well as enhanced barrier properties, decreased solvent uptake, increased thermal stability and flame retardance _Okada and Usuki, 1995; Giannelis, 1996… The complete dispersion of clay nanolayers in a polymer optimizes the number of available reinforcing elements for carrying an applied load and deflecting cracks. The coupling between the tremendous surface area of the clay _;760 m2rg. and the polymer matrix, facilitates stress transfer to the reinforcement phase, allowing for such tensile and toughening improvements. Conventional polymer–clay composites containing aggregated nanolayer tactoids ordinarily improve rigidity, but they often sacrifice strength, elongation and toughness. However, exfoliated clay nanocomposites, such as those that have been achieved for nylon 6 and epoxy systems, have to the contrary shown improvements in all aspects of their mechanical performance. High aspect ratio nanolayers also provide properties that are not possible for larger-scaled composites. The impermeable clay layers mandate a tortuous pathway for a permeant to transverse the nanocomposite_Fig. 2… The enhanced barrier characteristics, chemical resistance, reduced solvent uptake and flame retardance of clay–polymer nanocomposites all benefit from the hindered diffusion pathways through the nanocomposite.

Fig. 1. Schematic illustrations of _A. a conventional; _B. an intercalated; _C. an ordered exfoliated; and _D. a disordered exfoliated polymer–clay nanocomposite. The clay interlayer spacing is fixed in an intercalated nanocomposite. On the other hand, in an exfoliated nanocomposite, the average gallery height is determined by clay silicate loading. The difference between ordered and disordered exfoliated nanocomposites is that the former can be detected by X-ray diffraction and the latter is X-ray amorphous.

Fig. 2. Proposed model for the torturous zigzag diffusion path in an exfoliated polymer–clay nanocomposite when used as a gas barrier_Yano et al., 1993…

II/ Organoclay structures and modeling

The replacement of inorganic exchange cations by organic onium ions on the gallery surfaces of smectite clays not only serves to match the clay surface polarity with the polarity of the polymer, but it also expands the clay galleries. This facilitates the penetration of the gallery space_intercalation.by either the polymer precursors or preformed polymer. Depending on the charge density of clay and the onium ion surfactant, different arrangements of the onium ions are possible. In general, the longer the surfactant chain length, and the higher the charge density of the clay, the further apart the clay layers will be forced. This is expected since both of these parameters contribute to increasing the volume occupied by the intragallery surfactant. Depending on the charge density of the clay, the onium ions may lie parallel to the clay surface as a monolayer, a lateral bilayer, a pseudo-trimolecular layer, or an inclined paraffin structure as illustrated in Fig. 3. At very high charge densities, large surfactant ions can adopt lipid bilayer orientations in the clay galleries. The orientations of onium ion chains in organoclay were initially deduced based on infrared and XRD measurements_Lagaly, 1986… More recent modeling experiments has provided further insights into the packing orientations of the alkyl chains in organically modified layered silicates_Hackett et al., 1998… Molecular dynamics_MD.simulations were used to study molecular properties such as density profiles, normal forces, chain configurations and trans-gauche conformer ratios. For the mono-, bi- and psuedo-trilayers with respective d-spacings of 13.2, 18.0 and 22.7 A° , a disordered liquid-like arrangement of chains was preferred in the gallery. In this disordered arrangement the chains do not remain flat, but instead, overlap and co-mingle with onium ions in opposing layers within the galleries. However, for the trilayer arrangement, the methylene groups are primarily found within a span of two layers and only occasionally do

Fig. 3. Orientations of alkylammonium ions in the galleries of layered silicates with different layer charge densities_Lagaly, 1986…

they continue into the layer opposite to the positive head group. As anticipated, the onium head group is also noted to reside nearer the silicate surface relative to the aliphatic portion of the surfactant. The highest preference conformer is trans over gauche for the maximum surfactant chain length just before the system progresses to the next highest layering pattern. This is expected since the alkyl chains must be optimally packed under such dense surfactant concentrations. The internal gallery pressure determines the d-spacing of an organoclay, which is shown for three different clays with varying surfactant length. The MD simulation experiments have agreed well with experimental XRD data and FTIR spectroscopy for the stacked intragallery alkyl chains, however, the inclined paraffin association (experimentally seen for C15 surfactants with clays of CECs1.2 meq/g and greater) is not addressed and would be a prime target for future modelings.

III/ Organoclay–polymer interactions

If the polarity of the organoclay sufficiently matches the monomer or prepolymer, it will intercalate into the galleries, further spreading clay layers apart. Examples of such behavior have been observed for «-caprolactam _Usuki et al., 1993a., epoxides_Lan and Pinnavaia, 1995. and polyols _Wang and Pinnavaia, 1998a. that intercalate organoclay galleries as unreacted precursors. For long chain onium-exchanged organoclays, the galleries swollen by these precursors show a d-spacing indicative of a paraffin monolayer arrangement _Fig. 5… Even these ideally matched systems, however, do not necessarily form true nanocomposites. Only when the clay layers are forced apart and no longer interact through the onium chains is an ideal nanocomposite formed upon polymerization_see Fig. 1C and D… The complete dispersal, or exfoliation, of the clay nanolayers yields composites with the highest degree of property enhancement. If the layers persist with a repeating layer stacking pattern with the gallery height less than two times the onium ion chain length, then the final product is said to be an intercalated composite which will have regions of very high and very low reinforcer concentration_Fig. 1B… This non-uniform disper- sal of nanolayers limits stress transfer throughout the composite, giving comparatively less than optimal reinforcement. Still poorer, conventionally scaled composites are possible if the clay and polymer exhibit only partial miscibility _Fig. 1A… Here, the clay persists as tactoids of face-to-face stacked agglomerates throughout the polymer matrix. This incomplete dispersal of the reinforcing phase inhibits ideal surface contact between the polymer and clay, creating large regions of pure polymer in the composite.

Fig. 4. Proposed model for the swelling of alkylammonium exchanged clay with a paraffin structure by polymer precursors such as «-caprolactam, epoxide and polyol. However, regardless of the initial charge density of the clay and the orientations of the gallery long chain alkylammonium ions, the gallery height is determined by the vertical orientation of the long chain alkylammonium in the solvated intercalates. Cross-hatched ellipses represent the intercalated polymer precursor species.

Therefore, it is imperative that the surface polarities of polymer and clay be matched in order for the polymer to fully wet and intercalate clay tactoids. The aforementioned nylon 6 and epoxy–clay systems have achieved this exfoliated state and yielded nanocomposites with remarkable properties. Another important feature of these two systems is that protonated alkyl amine cations can catalyze the intragallery polymerization process. This speeds the congested intragallery reaction relative to the bulk polymer, providing a driving force for nanolayer exfoliation in the final composite. Other polymer–clay systems have since been studied with varying degrees of success, as summarized below.

Tiếp bước của Leejunanh, mình xin giới thiệu về nanoclay, một nguyên liệu không thể thiếu của vật liệu polyme nanocomposite. Bài này được giới thiệu trên vatlieu.org.

1.CLAY Clay là một loại khoáng của đất sét tự nhiên hoặc bentonite tổng hợp bao gồm những nhóm aluminum, magnesium, irons silicate ngậm nước mà có thể chứa Na+, Ca+, K+ và những ion khác. Các nhóm khoáng clay chính bao gồm: kaolin, smectite, illites, chlorites và hormites. Clay cũng là một loại vật liệu có thể gây sự thay đổi rất lớn về tính chất và công dụng phụ thuộc vào thành phần và các yếu tố khác: thành phần khoáng clay, thành phần khoáng phi clay, sự hiện diện của các thành phần hữu cơ, loại và lượng các ion trao đổi và các muối hoà tan và kết cấu của chúng.

2.PHÂN LOẠI CLAY Dựa trên dạng cấu trúc, clay được phân thành các loại sau: Vô định hình: Nhóm Allophane (Al2O3.SiO2. nH2O). Kết tinh: Loại hai lớp (một lớp tứ diện silica và một lớp bát diện alumina): - Đẳng hướng (Equidimensional): Kaolin (Al2O3.2SiO2.2H2O), dickite (Al2Si2 O5 (OH)2), nacrite. - Hình thon dài (Elongate): Halloysite (Al2 Si2O5 (OH)2. 2H2 O). Loại ba lớp (hai lớp tứ diện silica và một lớp bát diện đôi hay ba ở giữa): - Loại trương được: thuộc nhóm smectite bao gồm: + Đẳng hướng : montmorillonite, sauconite, vermiculite. + Hình thon dài: nontronite, saponite, hectorite. - Loại không trương được: Nhóm illite. Loại hỗn hợp nhiều lớp (sự sắp xếp xen kẽ của các lớp khác nhau): nhóm chlorite. Loại cấu trúc chuỗi: Chuỗi silica tứ diện liên kết với nhau bỡi những nhóm bát diện của oxy và hydroxyl chứa Al3+ và Mg2+: nhóm hormite gồm những polygoskite, epolite.

3.BIẾN TÍNH CLAY 1.Khái niệm Biến tính Clay là chuyển các clay từ các dạng ưa nước do giữa các lớp của nó có chứa các ion kim loại sang dạng clay ưa hữu cơ (organoclay). Để làm được điều này, người ta thường cho các cation hữu cơ trao đổi với các ion kim loại trong cấu trúc lớp của Clay. Trong những năm qua, montmorillonite đã được biến tính bề mặt để chuyển hóa bề mặt từ dạng ưa nước sang dạng ưa chất hữu cơ. Những sản phẩm này được sử dụng nhiều nhất để tổng hợp vật liệu nanocomposite, ngoài ra còn được ứng dụng như là tác nhân cô đặc trong sơn – nền dầu và nhiều ứng dụng khác của chất lỏng hữu cơ. Biến tính bề mặt clay có thể đạt được thông qua hai cơ chế chính: trao đổi ion (ion exchange) và tương tác ion lưỡng cực (ion dipole interaction). Clay có cấu trúc lớp. Giữa các lớp có một số ion mà có thể được trao đổi với các ion hữu cơ khác. Do vậy, Clay có thể được biến tính với các muối hữu cơ amonium bậc 4. Do các gốc hữu cơ trong các amonium bậc 4 nên Clay sau khi đã biến tính có thể trương được trong các dung môi kém phân cực. 2.Các phương pháp biến tính clay Bề mặt của montmorillonite là ưa nước và yêu cầu biến tính để nó tương hợp với hầu hết các hệ polymer. Biến tính bề mặt có thể đạt được thông qua hai cơ chế chính: trao đổi ion (ion exchange) và tương tác ion lưỡng cực (ion dipole interaction). RH+ + Na+ - MMT RH+ - MMT + Na+ a.Biến tính trao đổi ion: Phương pháp này liên quan đến sự thay thế các ion onium có chứa các chức amine, cho các cation có khả năng trao đổi trên bề mặt tấm silicate(platelet). RH+ + Na+ - MMT RH+ - MMT + Na+ b.Tương các ion lưỡng cực: Là một phương pháp tương đối mới. Nó bao gồm việc gắn các phần tử hữu cơ có chứa các nhóm như alcolhol, carbonyl, ether vào các cation có khả năng trao đổi trên bề mặt clay. Các loại tích điện âm cục bộ này tương tác với các điện tích dương riêng tồn tại trên các cation có khả năng trao đổi. Trong quá trình này các phân tử được dổi chỗ từ sự phối trí đối với các cation và bề mặt trở nên kỵ nước. =Si-OH + ROH =Si – OR + H2O =Si-OH + Cl-Si®3 =Si – OSi®3 c.Một phương pháp hiệu quả nhất dể tạo ra liên kết vững chắc giữa chất độn và polymer nền là sử dụng một chất hoạt tính, nghĩa là chất độn mà có thể chủ động tham gia quá trình trùng hợp. Chất độn này có thể được chuẩn bị bằng sự trao đổi các cation vô cơ với muối amonium cho ra các nhóm có khả năng trùng hợp. Trong trường hợp này sự trùng hợp in situ liên quan không chỉ đến các nhóm chức monomer mà còn liên quan đến muối amonium được nối vào các lớp vô cơ của montmorillonite. Montmorillonite có thể được biến tính dễ dàng ở bề mặt để thu được những tương tác có lợi giữa thành phần vô cơ của chất độn và polymer nền. Thực tế, sự thay thế đồng hình của Si4+ với Al3+ trong mạng lưới tứ diện và của Al3+ và Mg2+ trong sự sắp xếp tám mặt gây nên sự thừa điện tích âm trong các montmorillonite. Trong clay tự nhiên, các điện tích âm này được cân bằng sự solvat hóa các ion Ca2+ và Na+ được sắp xếp giữa các clay. Những cation này dễ dàng trao đổi với các cation hữu cơ tạo thành clay ưa hữu cơ. 3. Cấu trúc của clay hữu cơ: Sự thay thế của cation vô cơ bằng cation hữu cơ trên bề mặt giữa các lớp của clay smectite hay montmorillolite sẽ làm giãn rộng khoảng cách giữa các lớp. Tùy thuộc vào mật độ điện tích của clay và chất hoạt tính bề mặt cation thì sự sắp xếp của chúng là khác nhau. Nhìn chung, chiều dài của chất hoạt tính bề mặt dài hơn và mật độ điện tích của clay cao hơn thì những lớp clay sẽ bị ép lại. Điều này làm tăng thể tích chiếm bỡi những chất hoạt tính bề mặt. Mật độ điện tích của clay khác nhau thì sự định hướng của các ion onium cũng khác nhau: monolayer, bilayer, pseudo-trilayer, hoặc cấu trúc parafin nằm nghiêng. Hình: Cấu trúc của các dạng Clay hữu cơ khác nhau

Tài liệu tham khảo:Tiểu luận Vật liệu nano-composite, CNVL BK

bổ sung bổ sung đê !!! Clay là nội dung chính đề taì BM làm trong hè vừa ruì ! Nên tìm hiểu cũng được kha khá ! Share cho anh em một phần của bài tổng quan !

Cấu trúc Clay - Montmorillonite:

Khoáng sét được cấu tạo từ hai loại mạng tinh thể cơ bản : mạng tứ diện và mạng bát diện. Cấu trúc tứ diện thường là cấu trúc của SiO44- , do thành phần chính của các lọai khóang là SiO2 . Ta có, tỉ lệ bán kính giữa hai ion O2- và Si4+ là 0.3 , điều này có nghĩa là ion Si4+ đi vào lỗ trống tứ diện mà các nút mạng cơ sở là các ion O2- . Nhìn vào cấu trúc bên, ta thấy, với số phối trí 4, tức là điện tích của ion silicate chia đều cho 4 ion phối tử. Như vậy, mỗi ion O2- sẽ dư ra một điện tích âm. Để cân bằng điện tích, mỗi phối tử phải liên kết với hai cation trung tâm (Si4+), vậy số phối trí của Si4+ lúc này chỉ là 4*1/2=2 phối tử. vậy ta thấy điện tích được cân bằng

Hình mô tả cấu trúc lớp tứ diện như sau:

Về mặt lí thuyết, ta có hai cách để làm cân bằng điện tích trong ô mạng cơ sở trên: một là tạo cầu đơn, hai là tạo cầu đôi Oxy giữa hai tứ diện. Do có điện tích lớn, nếu hình thành cầu đôi, hai ion silicon ở gần nhau sẽ tương tác điện mạnh với nhau. Chính vì thế các tứ diện nối với nhau bằng cầu đơn O, hình thành cấu trúc lớp. Các oxi tạo cầu đơn nằm trên cùng một mặt phẳng, gọi là oxi đáy. Việc tạo cầu đơn trong không gian được thực hiện sao cho các oxy đáy tạo thành hình lục giác với các đỉnh là O2- .

Cấu trúc thứ hai là cấu trúc bát diện (octahedral), ion trung tâm thường là Al3+ , Fe2+ , Mg2+, … Ta xét đại diện Al3+, tỉ lệ bán kính với anion O2- là 0.41. Với tỉ lệ này Al3+ nằm giữa hai lỗ trống tứ diện và bát diện, tùy theo số phối trí là bốn hoặc là sáu. Nhưng trong khoáng sét thì số phối trí bền của Al3+ là sáu. Với số phối trí sáu, cấu trúc đơn vị không thể cân bằng điện tích. Mỗi ion phối tử sẽ dư ra 1.5 điện tích âm và có sự hình thành cầu đơn hoặc cầu đôi. Khác với trường hợp của Silic ở trên, nếu hình thành cầu đôi, hai caiton Al3+ có điện tích không đủ lớn nên tương tác tĩnh điện giữa chúng vẫn chưa đủ để làm cho cả hệ thống không bền vững. Hình mô tả cấu trúc cầu đôi giữa hai bát diện: Như vậy sau khi hình thành cầu đôi, điện tích dư của mỗi ion phối tử chỉ còn là -1, điện tích âm này sẽ được làm bền bởi các proton H+ , cấu trúc đơn vị của bát diện được cân bằng điện tích. Trong cấu trúc bát diện này, Al3+ chỉ mới chiếm hai phần ba lỗ trống bát diện. Với khuynh hướng đặc khít, các cation hóa trị 2 như Mg2+ có khả năng lấp đầy các lỗ trống bát diện. Nếu lớp bát diện chứa ion hóa trị 2 tại tất cả các vị trí thì được goi là trioctahedral. Cấu trúc bát diện là dioctahedral khi hai phần ba các lỗ trống được chiếm bởi cation hóa trị ba. Tùy theo cách sắp xếp hai cấu trúc trên mà ta có các loại khoáng khác nhau.

Còn nữa ! từ từ post tiếp !

Mình giới thiệu tiếp một tý về Montmorillonite, bài cũng đã được giới thiệu trên vatlieu.org.

Montmorillonite nguyên liệu cho nanocomposite

1.Montmorillonite Loại nanoclay đầu tiên được tìm thấy trên thế giới là montmorillonite (ở Montmorillon, Pháp, năm 1874). Tuy nhiên, đến năm 1993, vật liệu polyme clay nanocomposite mới lần đầu tiên được chế tạo thành công. Công thức phân tử: My+(Al2-yMgy)(Si4)O10*nH2O Cấu trúc của Montmorillonite: Hình: Cấu trúc của Montmorillonite

Montmorillonite clays là một dạng đất sét trắng, có thể hấp thụ hơn 20 – 30 lần thể tích của nó trong nước và là sự quan tâm đặc biệt của công nghiệp chất dẻo. Nó thuộc cấu trúc phân lớp 2:1 như trên. MMT có khả năng hấp thu và giữ các cation dương như: Na+, Ca+ là do trong cấu trúc của MMT luôn xảy ra sự thay thế của Mg+ cho Al3+ trong lớp bát diện, và Fe2+, Fe3+ thay thế cho Al3+, Si4+ trong mạng lưới 6 cạnh. Các cation dương Na+, Ca2+ này có thể được thay thế một cách có mục đích bằng các cation khác có khả năng hydrat hoá nhưng có tính ưa hữu cơ. Điều này làm cho MMT có khả năng trộn hợp với polymer được dễ dàng hơn. Mỗi tấm phân lớp thì mỏng hơn một nm hoặc 10A0, dài từ một micro đến 1000 nm. Với tỷ lệ hướng khoảng 1000, diện tích bề mặt khoảng 750 m2/g. Năng suất trao đổi cation từ 80 – 140 mili đương lượng/100g clay (mili-equivalents per 100 grams). Trong trạng thái tự nhiên, khi hydrat hóa ở 8 – 10% khối lượng, các tấm này được xếp chồng lên nhau, khoảng cách giữa mỗi tấm từ 3-5 A0. Khi đó các phân tử H2O thêm vào dễ dàng đi vào cấu trúc và phối trí với các cation sodium và làm giãn nở khoảng cách giữa các tấm. Năng suất trao đổi cation của MMT: • Tất cả các loại khoáng có khả năng hấp phụ cation do tồn tại những ion dương trên bề mặt các lớp sét. Những cation này bị giữ bởi lực tĩnh điện yếu và dễ dàng thay thế với những cation khác. • J.T.Wray chứng minh rằng có thể khử NH3 trong nước. Cơ sở của sự hấp thu không liên quan gì đến sự thay đổi cấu trúc của các khoáng , mà cơ sở của sự hấp thu xuất phát từ lý thuyết dung dịch và là sự loại bỏ ngay tại vị trí của các cation. Do đó, tính chất này của đất và đất sét được gọi là khả năng trao đổi cơ bản (BEC). Các nhà hóa lý hiện nay công nhận rằngNH4+ thay thế được cho Na+, K+, Ca2+, Mg2+ và Al3+. Vì thế để chính xác hơn người ta dùng thuật ngữ CEC – năng suất trao đổi cation. Phản ứng trao đổi giữa 2 cation kết hợp với đất sét có thể được biểu diễn như sau: (Đất sét) Na + NH4OH ---- (Đất sét)NH4 + NaOH Sét Na amoniac Sét amoniac Natri hydroxide Một đương lượng NH4+ thay thế cho một đương lượng Na+, do đó CEC được tính bằng mili đương lượng dưới dạng Na2O trên 100 mg đất sét: CEC = %(Na+) *1000/23.

2.Một số tính chất đặc trưng của đất sét montmorillonite• Khả năng chịu bức xạ hạt nhân: Khi chiếu xạ =105-107Gyï, nồng độ các trung tâm hoạt động A(Si – O) và B(Al – O – Al) xuất hiện ở khoáng montmorillonite thấp hơn ở các khoáng sét khác. Sự xuất hiện các tâm hoạt động làm khoáng có bề mặt riêng tăng và thay đổi tính tan. Khoáng montmorillonite có cấu trúc 2:1 có sự thay đổi ít và chịu bức xạ hạt nhân tốt hơn khoáng kaoline có cấu trúc 1:1. Sự phá hủy khoáng montmorillonite khi bị chiếu xạ với liều cao chủ yếu từ việc mất đi các ion Si4+ hơn là Al3+. • Kích thước hạt: Kích thước hạt của đất sét phụ thuộc nhiều vào điều kiện sấy, được xác định bằng phương pháp BET thông qua hấp phụ khí N2 hoặc tán xạ laser trong môi trường chân không. Kích thước hạt quyết định diện tích bề mặt riêng của đất sét, quan trọng hơn là khả năng trao đổi ion. Công thức cấu tạo cho biết số điện tích âm trên một cấu trúc lớp tinh thể do sự thay thế ion đồng hình.Tuy nhiên, do còn có sự đứt gãy ở bờ tinh thể và sự có mặt nhóm -OH ở bờ, giá trị CEC thực tế thường cao hơn 10%. • Đất sét vừa thể hiện tính acid Bronsted lẫn acid Lewis. Tính acid Brontsted do các nhóm -OH ở bề mặt gây nên. Tính acid Leweis do ion Al3+ gây nên. Độ bền nhóm cho tính acid Bronsted phụ thuộc vào thành phần của khoáng sét. Chỉ số acid luôn thấp hơn giá trị CEC cho thấy dung môi không phân cực trong các khe hở của lớp sét không là môi trường hiệu quả cho các phản ứng acid – bazơ. Tính acid ở bề mặt giảm khi lượng nước tự do có trong sét cao. Các nhóm nhận điện tử hay gây oxy hóa cũng định khu ở bờ cấu trúc tấm tinh thể sét. Nhóm này do ion Fe3+ trong mặt tinh thể tạo nên. Các cation kim loại đa hoá trị như Cu2+, Ag+,Fe3+ hoặc là Ru3+ làm đất sét có tính khử. Tương tác bề mặt rắn của đất sét với phân tử chất hữu cơ phụ thuộc vào tính kỵ nước. Tính chất ưa hoặc là kỵ nước của bề mặt phụ thuộc vào việc chọn lựa hợp lý cation có thể trao đổi được. • Khả năng tạo cấu trúc xốp rỗng 3 chiều. Cấu trúc này mang đặc tính như zeolite. Quá trình thực hiện biến đổi cấu trúc khoáng sét sang cấu trúc rỗng xốp được ứng dụng rộng rãi. Quá trình cần sét khoáng có cấu trúc 2:1, mật độ điện tương đối thấp, có cation trao đổi ban đầu có điện tích lớn. • Khả năng xúc tác. Các đất sét montmorillonite với cation trao đổi khác nhau cho hiệu quả acyl hoá lên p-xylene thành bezoyl chloride: Mont-Zr4+ • Khả năng hấp phụ: Nhờ có các nhóm chức ở bờ và bề mặt phân bố đều, đất sét có khả năng hấp phụ được nhiều chất hữu cơ: họ ketone, họ dicam, và kim loại nặng.

3.Các hiện tượng vật lý của đất sét với nước: • Sự rã: là hiện tượng đất sét bị mềm ra và cuối cùng tạo thành khối mềm nhão. Hiện tượng này tạo ra đất sét ở dạng paste. Để rã tốt người ta dùng nước có khuấy trộn. Sự rã thường kèm thêm sự tăng thể tích và nhiệt độ khối vật liệu. • Sự trương: là hiện tượng tăng thể tích khi đất sét ngâm trong nước. Nguyên nhân là do sự hấp thu nước vào tạo mạng tinh thể, đặc biệt là đối với mạng tinh thể của khoáng monmorillonite có khả năng trương được. Lượng sét trương trong nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Loại và lượng khoáng hiện diện trong đất sét. Những ion có khả năng trao đổi kết hợp với đất sét. Hình dạng và kích thước hạt. Cấu tạo của khối sét. Các muối tan trong nước. Các phụ gia thêm vào khối sét đã trương. Đất sét có thể trương trong các dung môi hữu cơ. Đặc biệt đối với amin béo thì hiệu quả trương cao hơn do nó có dây alkyl dài từ 10 nguyên tử carbon trở lên. Monmorillonite đã giãn nở thì có khả năng hấp thụ cao và có các đặc điểm, tính chất khác có giá trị. • Nhiệt ẩm: là hiện tượng phát sinh nhiệt khi sét trộn với nước hay các dung môi hữu cơ. Nhiệt ẩm này còn được gọi là hiệu ứng Pouillet. Ứng dụng của 3 hiện tượng rã, trương và sinh nhiệt ẩm: • Tác dụng tẩy: làm giảm sức căng bề mặt của nước. Ứng dụng của tính chất này là tạo thành hỗn hợp của đất sét và xà phòng, có cùng tác dụng tẩy rữa như xà phòng, đất sét thêm vào để hạ giá thành. • Tác dụng chuyển sang thể nhũ tương: đất sét có hoạt tính chuyển thành thể nhũ tương rất mạnh, nghĩa là hỗn hợp dầu và nước sẽ nhanh chóng tách pha và duy trì thể nhũ tương khi cho khoảng 1% đất sét vào.

Tài liệu tham khảo:Tiểu luận Vật liệu nano-composite, CNVL BK

Mình đang làm đề tài về sét chống (pillar clay ), cụ thể là dùng Nhôm.Sử dụng làm vật liệu hấp phụ. bà con ai có bí kíp thì share cho mình với nhe!Cám ơn lắm lắm