高压均质化实现混维凹凸棒石黏土高效分散及其在壳聚糖复合材料中的协同增强作用

本推荐语聚焦于天然混维凹凸棒石黏土（MDPal）的高效利用策略。研究通过高压均质化（HPH）技术成功解聚酸浸白化MDPal（WMDPal），实现一维纳米棒与二维纳米片的同步剥离，显著提升其分散性。该材料与壳聚糖（CS）复合后，凭借混合维度异质结构的界面协同效应，使复合薄膜力学性能（拉伸强度提升63.49%）与疏水性显著增强，为天然黏土资源的高值化应用提供了新范式。

　　

Highlight

天然混维凹凸棒石黏土（MDPal）的一维凹凸棒石纳米棒与二维层状黏土矿物纳米片因紧密交织和聚集而限制其纳米级结构特性的应用。本研究采用高压均质化（HPH）技术解聚酸浸白化MDPal（WMDPal），增强其分散性并用于壳聚糖（CS）薄膜增强。结果表明，HPH成功实现了一维凹凸棒石晶体束的解聚和二维层状黏土矿物的同步剥离，同时伴随草酸盐副产物颗粒的暴露，从而显著提升WMDPal的分散性。分散程度与均质化压力和循环次数呈正相关。高度分散的WMDPal凭借强界面相互作用和一维纳米棒/二维纳米片组成的混合维度纳米异质结构的协同效应，明显改善了CS复合薄膜的力学性能和表面疏水性。最优WMDPal/CS复合薄膜的拉伸强度显著提升63.49%至20.42 MPa，断裂伸长率增加67.35%至79.16%，其性能优于单一高纯度凹凸棒石或伊利石增强的复合薄膜，凸显了具有多矿物组成和混维纳米结构特征的天然黏土的应用潜力。基于对内在结构异质性转化为独特功能优势的探索，本研究为开发基于天然混维异质结构的高性能复合材料铺平了道路。

Conclusions

本研究系统阐明了HPH在调控WMDPal分散性及增强CS基复合薄膜性能中的关键作用。HPH有效将WMDPal的致密聚集体解离为分散良好的一维凹凸棒石纳米棒、二维伊利石纳米片和草酸盐颗粒。随着均质化压力和循环次数的增加，WMDPal呈现粒径逐步减小、孔结构更加开放及表面活性显著增强的特点。