CN110267914A - 具有高纵横比的片状硅酸盐薄片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有高纵横比的2:1片状硅酸盐的片状硅酸盐薄片，制备这些片状硅酸盐薄片的方法和包含片状硅酸盐薄片的水分散体。本发明进一步涉及本发明片状硅酸盐薄片在生产复合材料中的用途，以及包含或者可使用片状硅酸盐薄片得到的相应复合材料，其更特别地用作扩散屏障或阻燃剂。

Description

具有高纵横比的片状硅酸盐薄片
本发明涉及具有高纵横比的2:1片状硅酸盐的片状(sheet)硅酸盐薄片(silicatelamellae)，制备这些片状硅酸盐薄片的方法和包含片状硅酸盐薄片的水分散体。本发明进一步涉及本发明片状硅酸盐薄片在制备复合材料中的用途，以及包含该片状硅酸盐薄片或者可使用该片状硅酸盐薄片得到的相应复合材料，更特别是用作扩散阻隔物或阻燃剂。
现有技术
由现有技术已知复合材料通过将这些复合材料与片状硅酸盐混合而制备，以便改进所得复合材料的机械性能。这样还成功地实现了改进复合物体系的实际屏障性能。
发现该性能的改进程度关键性地取决于所用片状硅酸盐的纵横比。纵横比的概念非常通常地指微片(platelet)的平均直径与微片高度的商。此处必须基本地区分各个薄片的纵横比与2:1片状硅酸盐的剥落或分层试样的平均纵横比。各个薄片的纵横比可使用原子力显微镜(AFM)测定。然而，由于相应测定的纵横比的值不代表整个剥落或分层的2:1片状硅酸盐试样，本发明使用所谓的剥落或分层的2:1片状硅酸盐的平均纵横比。剥落或分层的2:1片状硅酸盐的平均纵横比使用静态光散射(SLS)测定。
基本原则是纵横比越高，例如包含片状硅酸盐的复合材料的阻隔性能越好。
一般而言，片状硅酸盐包含具有几纳米至几毫米的高度的称为触液取向胶(tactoids)的硅酸盐薄片堆叠。在片状硅酸盐的情况下，取决于它们的组成和来源，微片直径为几纳米至几厘米。
已知片状硅酸盐的纵横比可通过化学和/或物理处理，通过触液取向胶沿着它们的堆叠轴开裂而在一定范围内提高。该方法在文献中称为剥落。它可例如通过将可溶胀片状硅酸盐引入极性溶剂中而实现。
生产具有极端纵横比的片状硅酸盐的基本要求是它们显示出微片或触液取向胶的相对大侧向伸展(lateral extent)。侧向伸展原则上随着层电荷产生。然而，由于片状硅酸盐的层电荷上升，产生当引入极性溶剂中时这些片状硅酸盐不再剥落的问题。文献中通常已知片状硅酸盐在水中仅剥落至≤0.55p.f.u.(每化学式单位)的层电荷(参见K.Jasmund，G.Lagaly，Tonminerale und Tone，Struktur，Eigenschaften，Anwendungenund Einsatz in Industrie und Umwelt，Steinkopff，Darmstadt 1993)。
鉴于该限制和生产具有极端纵横比的片状硅酸盐的需求，现有技术中存在尝试进行甚至具有该高层电荷的片状硅酸盐剥落或者甚至其分层，以导致开裂成各个薄片的大量方法。
例如，专利说明书US4,608,303、US3,325,340以及EP 0282928B描述了制备包含剥落的2:1片状硅酸盐的水分散体的方法。这些说明书中没有区分剥落和分层的概念，因此，这些术语在其中错误地同义使用了。鉴于这些说明书的公开内容，可假定那里仅进行剥落。这些说明书中所有方法的共同特征是使所用2:1片状硅酸盐经受一次或多次与具有高水合焓的阳离子的离子交换反应，因此导致阳离子层溶胀。尽管这些说明书进行相应的交换反应和溶胀步骤，材料不在水中剥落；而是总是要求外部剪切力的附加作用以产生至少部分剥落。尽管剥落可用那里描述的方法产生，但外部剪切力的强制作用对溶胀的2:1片状硅酸盐有害，因此可例如引起触液取向胶破裂。因此，这些方法不适于生产具有极端纵横比的材料。
相反，WO 2011/089089A1旨在描述制备具有高纵横比的片状硅酸盐微片的方法。该方法包括：A)生产具有0.8-1.0的层电荷的式[Mn/Valence]inter[MI mMII o]oct[MIII 4]tetX10Y2的合成蒙脱石(synthetic smectite)，和B)使来自步骤A)的合成蒙脱石剥落或分层以形成片状硅酸盐微片。如该说明书的第8页所述，步骤B)通过将合成蒙脱石引入极性溶剂(优选水)中而进行。引入极性溶剂中的目的是导致蒙脱石经受渗透性溶胀，所以产生剥落或分层。尽管非常高的层电荷，按说剥落不需要化学或物理处理(参见第8页，第14/15行)；因此，该专利说明书的教导与具有>0.55p.f.u.的理论计算层电荷的2:1片状硅酸盐在引入极性溶剂中时不剥落的一般已知说法背道而驰。唯一的实施例描述了用锂蒙脱石(hectorite)的方法。
Breu等人在Langmuir 2017(33)，第4816-4822页中的文章解决了锂蒙脱石的分层。从该出版物的图3中，显然具有0.6的拉格利层电荷的钠锂蒙脱石(sodium hectorite)不分层。
因此，认为WO 2011/089089A1所述方法至少不能实现片状硅酸钠分层成薄片。
因此，现有技术仅描述了可将2:1片状硅酸盐开裂成触液取向胶的方法。通过剥落，可提高这些触液取向胶的纵横比。然而，由于剥落需要外部剪切力的作用，纵横比又受触液取向胶破裂的不利影响。特别是，现有技术中未知任何具有极端纵横比和大于0.55p.f.u.的理论计算层电荷的片状硅酸盐薄片。就本发明而言，术语“片状硅酸盐薄片”指单独的微片，这与称为触液取向胶的两个或多个微片的堆叠形成对比区别。
问题
因此，相对于现有技术的背景，仍需要能够提供具有极高纵横比的片状硅酸盐薄片。这些片状硅酸盐薄片更特别地适于能够合并到复合材料中以尤其改进复合材料的阻隔性能和阻燃性能。
问题的解决方案
上述问题通过权利要求书中确定的主题以及下文描述中公开的该主题的优选实施方案解决。
因此，本发明的第一主题是可通过将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐在水中分层而得到的片状硅酸盐薄片，其至少包括步骤：
(i)通过将2:1片状硅酸盐(A)用包含烷基铵盐的水和具有1-4个碳原子的单醇的溶剂混合物处理而制备具有有序间层化的2:1片状硅酸盐，
其中2:1片状硅酸盐(A)具有0.56p.f.u.至0.90p.f.u.的拉格利层电荷(Lagalylayer charge)且间层(interlayers)至少交替地具有钠阳离子，
(ii)将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐与烷基铵盐的溶剂混合物分离，
(iii)通过将具有有序间层化并在(ii)下分离的2:1片状硅酸盐引入水中而将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐分层以产生包含片状硅酸盐薄片的水分散体，
(iv)将片状硅酸盐薄片与(iii)下制备的分散体分离，
其特征在于片状硅酸盐薄片具有至少10 000的平均纵横比。
本发明的另一主题是具有至少10 000至50 000的平均纵横比和0.56p.f.u.至0.90p.f.u.的拉格利层电荷的2:1片状硅酸盐的片状硅酸盐薄片。
可通过将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐在水中分层而得到的新片状硅酸盐薄片和具有至少10 000-50 000的平均纵横比和0.56p.f.u.至0.90p.f.u.的理论层电荷的2:1片状硅酸盐的片状硅酸盐薄片也称为本发明片状硅酸盐薄片。
具有有序间层化的2:1片状硅酸盐在本发明上下文中也称为2:1片状硅酸盐(IS)。
同样，本发明的主题是通过将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐在水中分层而制备本发明片状硅酸盐薄片的方法，其至少包括步骤：
(i)通过将2:1片状硅酸盐(A)用包含烷基铵盐的水和具有1-4个碳原子的单醇的溶剂混合物处理而制备具有有序间层化的2:1片状硅酸盐，
其中2:1片状硅酸盐(A)具有0.56p.f.u.至0.90p.f.u.的拉格利层电荷且间层至少交替地具有钠阳离子，
(ii)将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐与烷基铵盐的溶剂混合物分离，
(iii)通过将具有有序间层化并在(ii)下分离的2:1片状硅酸盐引入水中而将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐分层以产生包含片状硅酸盐薄片的水分散体，
(iv)将片状硅酸盐薄片与(iii)下制备的分散体分离。
本发明的另一主题是包含本发明片状硅酸盐薄片的水分散体。本发明片状硅酸盐薄片在生产复合材料中的用途是本发明的另一主题。本发明还包括包含本发明片状硅酸盐薄片的相应复合材料以及用作扩散阻隔物或阻燃剂的这些复合材料。
详述
首先解释本发明上下文中所用的术语。
在本发明上下文中，待用于测定某些特性变量的测量方法由实施例部分获悉。除非另外明确说明，这些为待用于测定特定特性变量的测量方法。
片状硅酸盐的概念是技术人员熟悉的。片状硅酸盐，也称为叶硅酸盐或层硅酸盐，为通过其分层结构区别的微片状矿物。这些矿物包含多个由四面体层T和八面体层O组成的多阴离子薄片。取决于多阴离子薄片的结构，非常通常地区分1:1片状硅酸盐和2:1片状硅酸盐。1:1片状硅酸盐的多阴离子薄片由一个四面体层和一个八面体层组成，而2:1片状硅酸盐的多阴离子层由2个四面体层和1个八面体层形成，其中两个四面体层将八面体层关在它们中间。2:1片状硅酸盐的相应结构描述于图1中。
因此，在本发明上下文中，2:1片状硅酸盐薄片的概念指恰好一个由四面体层、八面体层和四面体层序列组成的多阴离子层，这些层如下文所述构造并且相互连接。在片状硅酸盐的结构中，两个薄片借助所谓的间层相互结合，不同的阳离子插嵌其中用于电荷补偿。
图1的左手侧描绘了多个薄片的堆叠。片状硅酸盐通常不具有相互联系的固定相而堆叠。鉴于第三维中不存在对称的转变(translation)，该堆叠不能称为晶体；而是可确立术语“触液取向胶”。该术语相应地用于本发明中。
片状硅酸盐的四面体层由SiO4 4-和AlO4 5-单元组成，其借助基础氧原子三角连接。各个基础O2-连接Si4+-Si4+或Si4+-Al3+阳离子对。八面体层的阳离子通常为Mg2+和/或Al3+，但是这些阳离子也可被Ni2+、Cr3+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ti4+、V3+、Li+、Co2+和Mn2+取代。在八面体层中，存在与这些阳离子对应的(coordinated)4个共有氧原子和2个额外羟基和/或与氟原子。四面体层借助共有的阴离子平面与八面体层连接。
2:1片状硅酸盐的结晶度通常能使可通常借助常用衍射技术原子解析而测定结构。此处通常使用单晶x射线衍射或粉末衍射。
2:1片状硅酸盐每通式单位的阴离子结构由O10X2(其中X为OH-或F-)组成，所以该阴离子结构规定每通式单位总计22个负电荷。然而，这些负电荷仅部分地由八面体和2个四面体的阳离子补偿。每通式单位电荷的差(缩写为p.f.u.)称为层电荷。通过插嵌在两个多阴离子薄片之间的所谓层间阳离子确保2:1片状硅酸盐的电中性。
如果给定2:1片状硅酸盐中已知的阳离子分布，如可例如通过x射线衍射测定，基于阴离子结构的电荷，可计算层电荷。此处，从阴离子结构的22个负电荷中减去每通式单位八面***点上和四面***点上的阳离子的正电荷总和。例如，对于组成Na0.65[Mg2.4Li0.55□]Si4O10F2的2:1片状硅酸盐，对于来自八面体和2个四面体的阳离子，正电荷为21.35。22个负电荷与21.35个正电荷的差得到0.65的理论层电荷。
鉴于预先确定2:1片状硅酸盐的阴离子结构和它们的电荷这一事实，层电荷由八面体和四面体中的阳离子性质决定。因此，为提高2:1片状硅酸盐的层电荷，优选具有低电荷的阳离子用于合成2:1片状硅酸盐。
特别是决定2:1片状硅酸盐的两个薄片之间的层间距的这些层间阳离子的分布密度和性质对薄片间相互作用具有实质性影响。技术人员已知2:1片状硅酸盐的层间阳离子可在交换反应中由其它阳离子替代。间层中阳离子的这一可交换性容许制备具有有序间层化的2:1片状硅酸盐。
2:1片状硅酸盐的原子组成和相关层电荷是2:1片状硅酸盐和/或其薄片的宏观性能的原因。就这点而言，特别有关的是所谓的平均纵横比，其定义为触液取向胶或薄片的平均直径与高度的商。在本发明上下文中，由于触液取向胶与薄片之间存在区别，还需要区分触液取向胶与薄片的纵横比。如果本发明涉及平均纵横比，则该含义是关于本发明片状硅酸盐薄片的平均纵横比。
剥落或分层的2:1片状硅酸盐的平均纵横比根据DIN 13320(status：2009)使用静态光散射(SLS)测定。
可通过各种操作提高或降低纵横比。原则上，纵横比通过使大量初级触液取向胶增大(accreting)以形成假触液取向胶(pseudotactoid)或者通过使触液取向胶或薄片破裂而降低。相反，纵横比通过触液取向胶的剥落或分层而增加。在文献中，剥落和分层的概念在一些情况下分别错误地同义使用。在它的正确使用中，术语“剥落”表示触液取向胶开裂成较薄的触液取向胶。另一方面，术语“分层”描述触液取向胶开裂成单独的薄片。就本发明而言，区分两个术语剥落和分层，并且上文解释的定义是有效的。
有序间层化的概念由技术文献(参见等人，Chem.Mater.2014，26，5412-5419)已知，并且描述2:1叶硅酸盐层间空间的统计学交替阳离子占有的发生率。换言之，这意指基于统计平均值，每个第二间层具有同一种层间阳离子，且优选各个间层仅具有一种阳离子。例如，并且在简化条件下，这意指第一间层仅包含钠阳离子。在下一个间层中，则又存在不同种类的阳离子，例如正丁基铵阳离子。下一间层则又与第一间层相同，并且第四间层与第二间层相同。为了说明，上面的考虑是简化考虑。由于2:1片状硅酸盐是具有非常复杂结构的材料，可能存在缺陷，所以当基于统计平均值，存在相应结构时也认为间层化作用是有序的。间层化相的存在在粉末衍射图中通过上部结构反射的出现而可见。这具有对应于完全交换相的总平面间间距的d值。为了解释，参考示意性地再现这一点的图2。两个层的交替质量通过由00l系列求平均值的上部结构的层间距和其中的变化系数测定。如果后者为0.75％以下，则可认为存在有序交替层，00l系列则指定为有理数(rational)且它遵循布拉格法则(参见S.W.Bailey，Amer.Mineral.1982，67，394-398)。
技术人员已知2:1片状硅酸盐的溶胀行为取决于层间阳离子的性质及其水合焓以及层电荷、温度、压力和电解质背景。由于硅酸盐薄片之间竞争的吸引力(例如薄片与层间阳离子的库仑吸引，范德瓦尔斯力)和排斥力(例如薄片彼此的库伦排斥)，可能存在不同的溶胀行为，这原则上可细分为两个方面。
第一方面，指定数目的水层容纳在层间空间中，这也称为通过增量水合的结晶溶胀。2:1片状硅酸盐通常能够形成具有一个水层和具有两个水层的结构。如果2:1片状硅酸盐包含具有高水合焓的层间阳离子，例如Li+或Mg2+，则也可形成具有3个水层的结构。如果溶胀超越离散水层的配制，则这称为渗透溶胀。经受完全渗透溶胀的2:1片状硅酸盐可分层成薄片。2:1片状硅酸盐的片状硅酸盐薄片
本发明片状硅酸盐薄片可通过将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐分层而得到。相应的片状硅酸盐薄片具有至少10 000，优选至少12 000，更优选至少15 000，仍更优选20000的平均纵横比。平均纵横比优选为至少10 000至50 000，更优选至少12 000至50 000，更优选至少15 000至50 000，甚至更优选至少20 000至50 000。
此外，对本发明而言重要的是片状硅酸盐薄片具有至少0.56p.f.u至至多0.9p.f.u.的拉格利层电荷。片状硅酸盐薄片优选具有至少0.56p.f.u、至少0.58p.f.u.、至少0.60p.f.u.、至少0.62p.f.u.、至少0.64p.f.u.、至少0.65p.f.u.且至多0.90、至多0.85p.f.u.、至多0.80p.f.u.、至多0.75p.f.u.、至多0.70p.f.u.、至多0.68p.f.u.、至多0.65p.f.u.的拉格利层电荷。特别优选片状硅酸盐薄片的拉格利层电荷为至少0.56p.f.u.至至多0.80p.f.u.，更优选至少0.56p.f.u至至多0.75p.f.u.，更优选至少0.56p.f.u.至至多0.70p.f.u.，更优选0.56p.f.u.至至多0.65p.f.u.。
为制备具有有序间层化的2:1片状硅酸盐，将2:1片状硅酸盐(A)用水和具有1-4个碳原子的单醇且包含烷基铵盐的溶剂混合物处理。
2:1片状硅酸盐(A)具有至少0.56p.f.u至至多0.9p.f.u.的拉格利层电荷。优选，2:1片状硅酸盐(A)具有至少0.56p.f.u、至少0.58p.f.u.、至少0.60p.f.u.、至少0.62p.f.u.、至少0.64p.f.u.、至少0.65p.f.u.且至多0.90、至多0.85p.f.u.、至多0.80p.f.u.、至多0.75p.f.u.、至多0.70p.f.u.、至多0.68p.f.u.、至多0.65p.f.u.的拉格利层电荷。特别优选片状硅酸盐薄片的拉格利层电荷为至少0.56p.f.u.至至多0.80p.f.u.，更优选至少0.56p.f.u至至多0.75p.f.u.，更优选至少0.56p.f.u.至至多0.70p.f.u.，更优选0.56p.f.u.至至多0.65p.f.u.。
此外，2:1片状硅酸盐(A)的结构使得间层至少交替地具有钠阳离子。
用作原料的2:1片状硅酸盐(A)优选为通过熔融合成制备的2:1片状硅酸盐。
通过熔融合成制备的2:1片状硅酸盐通常具有这一优点：它们可以以高纯度制备。然而，缺点是用于合成的时间长度和设备的复杂性以及相关的高成本。用熔融合成，例如将所需金属的化合物，例如盐、氧化物或玻璃在开放或封闭的坩埚***中以化学计量比加热以形成均匀熔体，随后再次冷却。
熔融合成优选在密闭坩埚***中进行。在密闭坩埚***中合成的情况下，所用起始化合物可以为碱金属盐/碱土金属盐、碱土金属氧化物、硅氧化物和铝氧化物，优选二元碱金属氟化物/碱土金属氟化物、碱土金属氧化物和硅氧化物，更优选LiF、NaF、MgF2、MgO和石英。
坩埚的进料优选使得首先称重出更具挥发性的物质。通常使用由化学惰性或者缓慢反应的金属(优选钼或铂)制成的高熔点坩埚。
在进料以后，在关闭以前，将仍打开的坩埚在降低的压力下在200℃至1100℃，优选400至900℃的温度下烘烤以除去残余水和挥发性杂质。在实验方面，程序优选使得将坩埚的上部边缘加热直至它变红，同时下部坩埚区域具有较低的温度。
在坩埚具有压力密闭以后，在坩埚中任选进行初步合成，并且在1700-1900℃，更优选1750-1850℃下进行5-20分钟以将反应混合物均化。烘烤以及初步合成通常在高频感应炉中进行。在这种情况下，通过惰性气氛(例如氩气)、降低的压力或者两种措施的组合保护坩埚以防氧化。主要合成用适于材料的温度程序进行。该合成步骤优选在具有旋转轴水平对准的石墨旋转管式炉中进行。在第一加热步骤中，温度以1-50℃/min，优选10-20℃/min的加热速率由室温提高至1600-1900℃，优选提高至1700-1800℃。在第二步骤中，加热在1600-1900℃，优选1700-1800℃下进行。第二步骤的加热阶段优选持续10-240分钟，更优选30-120分钟。在第三步骤中，将温度以10-100℃/min，优选30-80℃/min的冷却速率降至1100-1500℃，优选1200-1400℃的水平。在第四步骤中，将温度以0.5-30℃/min，优选1-20℃/min的冷却速率降至1200-900℃，优选1100-1000℃的水平。在第四步骤以后，以加热速率降至室温(23℃)，速率例如0.1-100℃/min，优选通过关掉炉而不经控制地进行。
例如通常在惰性气体如Ar或N2下操作。通过熔融合成制备的2:1片状硅酸盐(A)在将坩埚打开以后作为结晶固体得到。
在合成以后，优选将2:1片状硅酸盐(A)再次加热以提高试样的均匀性。在这种情况下，通常使用800-1150℃的温度。更优选，加热在通过熔融合成制备的2:1片状硅酸盐(A)的熔点以下100℃的温度下进行。
也可在开放的坩埚***中进行熔融合成。在开放坩埚***中合成的情况下，优选使用一般组成wSi02·xMa yMb-zMc的玻璃台，其中5<w<7；0<x<4；0<y<2；0<z<1.5，且Ma、Mb和Mc为金属氧化物，且Ma不同于Mb，Mb不同于Mc。Ma、Mb和Mc可相互独立地为金属氧化物，优选Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、MgO，更优选Li2O、Na2O、MgO。Ma不同于Mb，Mb不同于Mc。
所需化学计量的玻璃台由所需盐(优选碳酸盐，更优选Na2CO3)以及硅来源(如硅氧化物，优选二氧化硅)制备。粉末组分通过加热和快速冷却而转化成玻璃状态。转化优选在900-1500℃，更优选1000-1300℃下进行。玻璃台生产中的加热阶段持续10-360分钟，优选30-120分钟，更优选40-90分钟。该操作通常在玻璃碳坩埚中在惰性气氛和/或降低的压力下，通过高频感应加热进行。温度降至室温通过将炉关掉而实现。然后将所得玻璃台细碎研磨，这可例如使用磨粉机进行。
将玻璃台与其它反应伙伴以10:1-1:10的重量比混合。优选5:1-1:5。这些伙伴的实例为碱金属或碱土金属化合物和/或硅化合物。优选使用轻碱金属和/或碱土金属氟化物，以及它们的碳酸盐或氧化物，以及硅氧化物。特别优选使用NaF、MgF2，和/或MgCO3Mg(OH)2和二氧化硅的煅制混合物。
随后将混合物加热到高于所用化合物共晶的熔融温度以上，优选900-1500℃，更优选1100-1400℃。加热阶段优选持续1-240分钟，更优选5-30分钟。加热以50-500℃/min的加热速率，优选炉的最大可能加热速率进行。在加热阶段以后冷却至室温以l-500℃/min的速率进行，优选通过关掉炉而不经控制地进行。产物作为结晶吸湿固体得到。
合成优选在玻璃碳坩埚中在惰性气氛下进行。加热通常通过高频感应实现。
除通过熔融合成制备的2:1片状硅酸盐(A)外，也可使用市售原料。这些可例如以商标Somasif由CO-OP Chemical Company，或者以商标Laponite由Byk Chemie GmbH得到。
然而，2:1片状硅酸盐(A)也可以为天然存在的片状硅酸盐，即为了天然2:1片状硅酸盐(A)满足关于其天然存在形式中间层的分层和占有率方面的条件。然而，这类天然2:1片状硅酸盐为相当少见。
因此，优选用钠盐的水溶液处理具有至少0.56的层电荷的天然存在2:1片状硅酸盐以将天然存在的片状硅酸盐的间层的阳离子用钠离子交换，以制备本发明意义上的2:1片状硅酸盐(A)。
为制备具有有序间层化的2:1片状硅酸盐，将2:1片状硅酸盐(A)用包含烷基铵盐的水和具有1-4个碳原子的单醇的溶剂混合物处理。
在本发明上下文中，术语“处理”意指将2:1片状硅酸盐(A)引入包含烷基铵盐的溶剂混合物中以得到悬浮液。优选将该悬浮液储存在10-50℃，更优选20-35℃的温度，进一步优选室温(23℃)下。储存优选在顶入式振动器中进行1-72小时时间，优选8-48小时时间，进一步优选16-30小时时间，悬浮液随着顶入式振动器持续移动。
用于处理2:1片状硅酸盐(A)的溶剂混合物为水与具有1-4个碳原子的单醇的混合物。需要使用该混合物处理2:1片状硅酸盐(A)以防止交换反应期间部分剥落。
溶剂混合物的优选混合比为1:3(水:单醇)至3:1(水:单醇)，更优选1:2(水:单醇)至2:1(水:单醇)。
部分交换期间需要使用溶剂混合物以容许建立平衡，从而能够通过插嵌而热力学稳定间层化。为建立平衡，所有种类的参与离子必须可溶于溶剂混合物中。这样使得缺陷层的恢复是可能的，这类层例如在成核时形成，以得到该相，其中间层化在触液取向胶中的多个层中开始，因此在有序间层化继续生长以后两个相邻的层间空间被相同的离子填充。此外，应当存在层间空间在溶剂中加宽，使得不会动力学抑制晶体内反应。
单醇具有1-4个碳原子。在本发明意义上，术语“单醇”指具有一个-OH基团的化合物。单醇的碳链可以为支化或未支化的。单醇优选选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、2-丁醇、叔丁醇及其混合物。特别优选单醇选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇及其混合物。
存在于水和单醇的溶剂混合物中的烷基铵盐优选为烷基链中具有2-8个碳原子的烷基铵盐。碳链可以为支化或未支化的。烷基铵盐的抗衡离子优选选自卤素，例如氯和溴、甲酸根、甲基硫酸根、硫酸根、硝酸根、氢氧根、乙酸根、磷酸根及其混合物，更优选氯、溴、甲酸根和甲基硫酸根。
烷基铵盐优选选自乙胺、正丙胺、正丁胺、仲丁胺、叔丁胺、正戊胺、叔戊胺、正己胺、仲己胺、正庚胺、2-乙基-1-己胺、正庚胺、2-氨基庚烷、正辛胺和叔辛胺的盐，更优选乙胺、正丙胺、正丁胺、仲丁胺和叔丁胺的盐。
溶剂混合物中烷基铵盐的浓度优选为0.5-100.0毫摩尔/升，仍较好地1.0-50.0毫摩尔/升，仍较好地2.5-6.0，甚至仍较好地3.0-4.0毫摩尔/升。溶剂混合物优选仅包含一种烷基铵盐。
在将片状硅酸盐(A)用包含烷基铵盐的溶剂混合物处理以制备具有有序间层化的2:1片状硅酸盐以后，将2:1片状硅酸盐在步骤(ii)中与包含烷基铵盐的溶剂混合物分离。预期的分离技术原则上包括技术人员熟悉的所有固体/液体分离方法，特别是过滤、倾析或者溶剂蒸发的那些。
优选将在步骤(ii)中分离的2:1片状硅酸盐用水和具有1-4个碳原子的单醇的溶剂混合物洗涤。溶剂混合物的组成与(i)下所用溶剂混合物的相同。洗涤方法优选重复1-5次，仍较好地2-4次。在该洗涤方法以后，优选还存在1-4，仍较好地2-3次单独地用溶剂混合物的单醇的洗涤方法。
在步骤(iii)中，通过将在步骤(ii)中预先分离的2:1片状硅酸盐(IS)引入水中而将2:1片状硅酸盐(IS)分层。引入水中导致间层中的阳离子渗透性溶胀，所以存在分层。
分层方法通常在有限的时间范围内进行。这会意味着分层优选在60分钟内，仍较好地30分钟内，甚至仍较好地15分钟内进行。尤其优选分层作为所谓的“自发分层”进行。“自发分层”的概念是文献中普遍的，且意指2:1片状硅酸盐(IS)在几秒至几分钟内分层成它的片状硅酸盐薄片。因此，特别优选2:1片状硅酸盐(IS)在5分钟内，更优选在3分钟内，仍更优选在1分钟内，非常优选在小于1分钟内分层。
在本发明上下文中，2:1片状硅酸盐的分层甚至优选在将2:1片状硅酸盐(IS)引入水中以后不经外部剪切力的作用而进行。
为了分层，将2:1片状硅酸盐引入水中，所用水优选为完全软化水(FD水)，更优选所用水中的阳离子浓度为小于100毫摩尔/升，优选小于5毫摩尔/升。优选，有机杂质的含量为小于20体积％，优选小于5体积％。
由于2:1片状硅酸盐(IS)在水中分层，形成包含本发明片状硅酸盐薄片的水分散体。在步骤(iv)中，将片状硅酸盐薄片与该水分散体分离。预期的分离技术原则上包括技术人员熟悉的所有固体/液体分离方法，更特别是过滤、倾析或者溶剂蒸发。
本发明的另一主题是包含本发明片状硅酸盐薄片的水分散体。
本发明水分散体可作为2:1片状硅酸盐(IS)分层的中间体得到。相应的水分散体在步骤(iii)通过将2:1片状硅酸盐(IS)引入水中而得到。然而，此外，本发明水分散体还包括可通过将步骤(iv)以后所得片状硅酸盐薄片再分散而得到的本发明片状硅酸盐薄片的水分散体。
本发明的另一主题是通过将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐在水中分层而制备本发明片状硅酸盐薄片的方法。因此待使用的方法步骤已详尽地描述于上文中。关于本发明方法，同样适用于上述论述。
用途和复合材料
此外，本发明片状硅酸盐薄片在生产复合材料中的用途是本发明的主题。
术语“复合材料”是技术人员熟悉的，并且是通过不同材料组合而得到且其化学和物理性能超过单独组分的那些的那些材料的总称(参见Chemie Lexikon，第6卷.T–Z，第9扩充和修订版，Georg Thieme Verlag1995，第4886页)。复合材料的组分主要是金属、木、玻璃、聚合物和陶瓷材料，其可加工成纤维、带、层和颗粒复合材料。
在本发明上下文中，本发明复合材料包含至少一种聚合物以及本发明片状硅酸盐薄片。
复合材料作为扩散阻隔物的使用具体地提供大量优点，因为扩散过程是普遍的，并且在许多情况下产生商业相关的问题。
例如，CD和DVD的寿命限于几十年，因为聚碳酸盐的下侧是氧气和水可透的，因此金属铝反射层经受持续氧化，因此浊化。
另一问题出现在包装工业，因为标准包装的渗透性是相对高的，所以此处需要转换至阻隔物的技术。由于将本发明片状硅酸盐薄片加工成用于食品工业的包装材料和包装薄膜，因此可提高食品的保持性能，因为片状硅酸盐薄片的极端纵横比极大地延长了气体如氧气、氢气和气态水的扩散路径，因此可改进阻隔性能。
然而，不仅将本发明片状硅酸盐薄片结合到食品包装中以防止外部影响，例如氧气渗透到包装中的作用是合适的。本发明片状硅酸盐薄片还例如适于结合到用于生产塑料瓶的材料中以防止CO2从碳酸饮料中散逸。
为生产包含本发明片状硅酸盐薄片的复合材料，可将它们结合到通过缩聚、加聚、自由基聚合、离子聚合和共聚制备的所有常用聚合物中。这些种类的聚合物的实例为聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酯、聚烯烃、橡胶、聚硅氧烷、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚交酯、聚苯乙烯、聚氧化乙烯(PEO)、聚氧化丙烯(PPO)、聚丙烯腈(PAN)和聚环氧化物。
将本发明片状硅酸盐薄片结合到聚合物中以制备复合材料可通过技术人员已知的常用技术进行。这些包括例如在溶液中混合、原位聚合或者在熔体中混合。
本发明还包括包含本发明片状硅酸盐薄片的相应复合材料。根据本发明确定的这些复合材料优选用作扩散阻隔物或阻燃剂。
实施例
化学品和材料
对于2:1片状硅酸盐(A1)的熔融合成，使用NaF(99.995％，Alfa Aesar)、LiF(>99.9％，ChemPur)、MgF2(>99.9％，ChemPur，熔块1-3mm)、MgO(99.95％，Alfa Aesar，熔块1-3mm)、MgO(99.95、Alfa Aesar，粉末)和SiO2(Merck，细粒石英，p.a.，煅制)。将化学品在手套箱中储存在干氩气下。钼坩埚(25mm外径，21mm内径，143mm内长)通过由纯钼杆钻孔而生产。将坩埚用丙酮洗涤，并在超声浴中用FD水清洗。对于最终清洗，将它在使用以前在高真空(<1.0×10-7巴)下在1600℃下加热5分钟。
用于实验测定层电荷的正烷基铵溶液的制备通过将正烷基胺用HCl(32％，NORMAPUR，VWR)或HCl(2M，Titripur，Sigma Aldrich)滴定而进行。所用胺为正丁胺(99.5％，Sigma Aldrich)、正戊胺(>98％，TCI Chemicals)、正己胺(99.9％Aldrich)、正庚胺(99.9％，Sigma Aldrich)、正辛胺(95％，Sigma Aldrich)、正壬胺(>99％，Alfa Aesar)、正癸胺(95％，Sigma Aldrich)、正十一胺(>98％，Sigma Aldrich)和正十二胺(>98％，Sigma Aldrich)。
所用溶剂为乙醇((绝对，VWR)，FD水，Millipore水(18.2μS/cm)和双蒸馏水。除非另外说明，使用FD水。
用于部分交换的正丁胺的中和通过用甲酸(p.a.，Sigma Aldrich)制备标准溶液而进行。
将固体使用HCl(30重量％，Merck，SUPRAPUR)、H3PO4(85重量％，Merck，EMSURE)、HNO3(65重量％，Merck，SUPRAPUR)和HBF4(48重量％，Sigma Aldrich)煮解。
为测定阳离子交换能力，使用[Cu(trien)]SO4。由CuSO4(用于分析，Grüsing，煅烧24小时，250℃)和三亚乙基四胺(>97％，Sigma Aldrich)制备0.01M标准溶液。
方法描述
粉末衍射法
透射几何
在具有MYTHEN1K检测器和Cu-Kα1辐射的STOE Stadi P衍射计上以透射几何记录用于结构说明的通过熔融合成制备的下文所述2:1片状硅酸盐(A)的粉末衍射图。通过使用玻璃毛细管(0.7mm，Hilgenberg，玻璃编号10)使纹理效应最小化。在测量以前，将试样在干燥器中在K2CO3(43％相对湿度)和K2SO4(98％相对湿度)的饱和溶液上储存4星期。将用于干燥测量的试样在150℃下干燥24小时。
布拉格-布伦塔诺几何(Bragg-Brentano geometry)
所有其它粉末衍射图在Panalytical XPERTPRO衍射计上以布拉格-布伦塔诺几何测量。纹理试样通过由乙醇悬浮液逐滴施涂于载玻片(Gerhard Menzel GmbH)上而制备。测量在室温(23℃)下进行。
湿度室
湿度室中的测量在包含水分发生器的Anton Paar湿度室(RH-200，VTI corp.)中在XPERTPRO衍射计中进行。测量在10％至95％的相对湿度范围内进行。在各个步骤，将试样平衡直至在反射位置观察不到变化(至少90分钟)，并且在吸附实验以前在80℃下烘烤直至用于测量的结构完全不具有任何水层。测量在30℃下进行。
层电荷的实验测定
层上的电荷可通过Lagaly的方法(参见A.R.Mermut，G.Lagaly，Clays ClayMiner.2001，49，393-397)，借助具有不同正烷基链长的正烷基铵溶液的插嵌和所得层面间距的测量而实验测定。为此，将约90mg试样在顶入式振动器中悬浮于3mL乙醇/水(1:1)中至少2小时。加入2.5mL正烷基铵溶液(对于链长n＝4-6，2M；对于n＝7-10，0.5M；对于n＝11和12，0.1M)，并将试样在干燥箱中储存在60℃下(至少3小时)。在离心分离和倾析以后，重复添加5次。总结一下，洗涤用乙醇/水(1:1)进行10次并用乙醇进行2次。用于粉末衍射的纹理试样在60℃下干燥(24小时)并在10分钟内在布拉格-布伦塔诺几何中测量。
CEC的测定
CEC通过Cu(trien)方法(参见L.Ammann，F.Bergaya，G.Lagaly，Clay Miner.2005，40，441-453)测定。为此，将约45mg的通过熔融合成制备的2:1片状硅酸盐(A1)在150℃下烘烤24小时，在手套箱中在干氩气下储存24小时，并在其中称重。加入10mL水，将试样在顶入式振动器中溶胀24小时，然后加入5mL的0.01M[Cu(trien)]SO4溶液。交换进行24小时。将试样离心分离(10 000rpm，20min，20℃)并在UV/VIS分光计(Cary300)上测量上清液的Cu浓度。这使用577nm下的最大吸收[Cu(trien)]2+进行。所用校准标准为稀释的[Cu(trien)]SO4储液1:1、1:3；1:9和1:19。粒度测定
关于粒度测定，首先将试样在完全软化水中的1重量％悬浮液中溶胀24小时。
静态光散射(SLS)
粒度根据DIN 13320(status:2009)使用静态光散射方法测定。为此，使用RetschLA-950(Horiba)仪器，使用制造商的测量程序“在水中的片状硅酸盐”。此处，固相的折射率为1.5。测量程序测定最佳透射率，因此使悬浮液的浓度最佳化。确定数均粒度分布。
SAXS(小角x射线散射)测量
本发明片状硅酸盐薄片在Double Ganesha AIR小角散射***(SAXSLAB)上测量。x射线源为具有微聚焦光束的旋转阳极(Cu，MicroMax 007HF，Rigaku Corp.)。使用PILATUS300K空间分辨探测器(Dectris AG)。测量在室温(23℃)下在直径1mm的玻璃毛细管(玻璃编号50，Hilgenberg)中进行。将径向平均数据相对于主光束和测量时间标准化，其后除去溶剂。数据分析根据M.B.Biersack，S.Rosenfeldt，M.J.Leitl，H.Kalo，R.Schobert，H.Yersin，G.A.Ozin，S.J.Breu，Angew.Chem.Int.Ed.2015，54，4963-4967进行。
SAXS测量容许低至极小散射角的测量，由此能够使大层面间距可见。d值(尤其是d(001))对应于渗透性溶胀薄片之间的平均距离。
原子力显微镜(AFM)
原子力记录在具有OTESPA-R3(Bruker)硅悬臂的尺寸3100NanoScope IV-AFM上以敲击模式测量。驱动幅度为249.5Hz。试样通过将在Millipore水中的分散体(约0.05g/L)逐滴施涂于硅片上并在环境湿度下在室温(23℃)下干燥而制备。在测量以前，将试样在80℃下干燥1小时。
以下实施例用于解释本发明，但应当认为不施以任何限制。
2:1片状硅酸盐(A1)的合成
关于标称组成为Na0.65[Mg2.4Li0.55 0.05]Si4O10F2的2:1片状硅酸盐(A1)的合成，将3.381g NaF(41.988克/摩尔，80.53毫摩尔，0.65eq)、1.768g LiF(25.939克/摩尔，68.14毫摩尔，0.55eq)、3.088g MgF2(62.301克/摩尔，49.56毫摩尔，0.4eq)、9.987g MgO(40.304克/摩尔，247.78毫摩尔，2eq)和29.777g SiO2(60.084克/摩尔，247.79毫摩尔，4eq)称出，在手套箱中在干氩气下放入钼坩埚中。
合成由总计五个步骤组成：(A)合成设备的烘烤，(B)坩埚的熔融关闭，(C)坩埚不透性的测试，(D)熔融合成，和(E)热处理。
(A)为避免坩埚氧化，操作在高真空(<10-7巴)下以及因此在氧化钼的稳定性范围以下的氧气逸度下进行。使用宽度为约1cm且由4个近距离圈组成的铜线圈使坩埚经受感应烘烤以除去水。在该操作中，使用约250℃的中等温度以防止氟化物在高真空下挥发。
(B)在高真空下放下坩埚盖。使用能够恰在3000℃下简短加热的窄铜线圈将坩埚熔融关闭。在该程序期间，冷却使用水流过其中的铜管自坩埚底端进行。这意欲防止氟化物在坩埚的底部区域中熔融，因为这些氟化物否则会在高真空下经受部分蒸发。为此，首先将氟化物称重放入坩埚中。
(C)将所得反应容器在刚玉杆上用22圈的宽铜线圈加热，加热是简短的并且在约1750℃下，以测试坩埚的不透性。
(D)将坩埚在旋转管式炉(HT-1900石墨，Linn High Term)中在氩气下以约45rpm经30分钟的过程加热至400℃。经另外90分钟的过程达到1750℃的最大温度。在该温度下的保持时间为70分钟。这之后经8分钟的过程冷却至1300℃，并在另外25分钟内冷却至1050℃，其后关掉炉。
(E)将所得材料研磨(250rpm，20分钟，Retsch PM-100)，在降低的压力(<0.1毫巴)下在250℃下干燥整夜，并在手套箱中在氩气下放入钼坩埚中。将坩埚烘烤并如(A)和(B)下所述熔融关闭。将气密反应容器引入石英安瓿中，将其在降低的压力(<0.1毫巴)下熔融关闭。下一步骤是将材料在1045℃下热处理。
X射线粉末衍射证明2:1片状硅酸盐(A1)具有标称组成Na0.65[Mg2.4Li0.550.05]Si4O10F2。标称组成使用具有两个水层的结晶溶胀相的所测粉末衍射图确定。根据H.Kalo(参见H.Kalo，W.Milius，J.Breu，RSC Adv.2012，2，8452-8459和H.Kalo，Dissertation，University to Bayreuth，2012)，使用单斜晶单元(C2/m，No.12)。采用来自H.Kalo，W.Milius，J.Breu，RSC Adv.2012，2，8452-8459的起始细化参数并调整使得可找到00l系列以及060带。所得晶格常数显示于表2中。
表1：通过来自H.Kalo，W.Milius，J.Breu，RSC Adv.2012，2，8452-8459的起始参数将具有2个水层(单斜晶，C2/m(12))的(A1)的晶格常数细化。调整参数以容许找到00l系列以及060带。
2:1片状硅酸盐(A1)的层电荷通过Lagaly方法实验测定。为此，将不同链长(CnH2n+ 1NH3 +)和已知电荷当量面积的正烷基铵离子插嵌到(A1)的间层中。取决于在特定烷基链长下形成单层还是双层 以及取决于这不再可能时的链长，可基于已知的电荷当量面积定位层电荷的范围。
由单层(n＝4)至较高d值(n＝5)的过渡将层电荷的上限限于≤0.65p.f.u.且>0.56p.f.u.。在n＝7下，来自双层/单层间层化的上部结构反射第一时间可见，但该系列不是有理数(cv＝1.58％)。对于n＝8，存在有序间层化(cv＝0.67％)。密实堆叠的正辛基铵双层(n＝8)对应于0.80p.f.u的层电荷；单层对应于0.40p.f.u.。根据该模式，有序间层化对应于0.60p.f.u.的层电荷。此外，对于n＝11(0.62p.f.u.)，存在双层对于n＝12(0.58p.f.u)，观察到反射变化。因此，实验测定的(A1)的层电荷在0.65p.f.u.至0.62p.f.u.范围内。
2:1片状硅酸盐(A1)的SLS测量显示2:1片状硅酸盐(A1)具有约10-20μm中值直径的侧向粒度伸展。基于SEM显微镜图片，具有约10-150μm的高侧向伸展的触液取向胶的微片晶体特点显示于图3中。
具有有序间层化的2:1片状硅酸盐(IS1)的合成
关于具有有序间层化的2:1片状硅酸盐(IS1)的合成，2:1片状硅酸盐(A1)的层间阳离子的部分交换通过用含有正丁基甲酸铵的水和乙醇(v:v，1:1)的溶剂混合物处理而进行。为实现基本由溶剂指定，但未知的平衡分布，两个不同间层的50:50占有率(＝可能性)，加入不同含量的CEC。
一般方案如下：将10-35mg的2:1片状硅酸盐(A1)称重放入离心管(用隔膜密封)中并在2mL的乙醇/水(v:v，1:1)中溶胀12小时。然后加入正丁基甲酸铵(0.05M)。在进一步加入乙醇和水以前，确保在加入以后正丁基甲酸铵的浓度为3.5毫摩尔/升。将所得悬浮液在顶入式振动器中在23℃下搅拌24小时。这之后用乙醇/水(v:v，1:1)的混合物洗涤3次并用乙醇洗涤一次。
为制备用于测量粉末衍射图的纹理试样，将产物的乙醇悬浮液逐滴施涂于载玻片上。通过在23℃(室温)下蒸发而除去溶剂。然后将具有产物的载玻片在60℃下烘烤12小时并在43％相对湿度下平衡24小时。
(A1)在乙醇/水(v:v，1:1)溶剂混合物中的溶胀对应于具有两个水层的(A1)结晶结构，其具有0.06°的001反射的非常低半高全宽。在相应的溶剂混合物中，加入不同含量(15-200％)的正丁基铵的CEC。在这种情况下，被吸附物的浓度保持恒定为3.5毫摩尔/升。所得产物通过x射线表征；参见图4。在43％相对湿度下溶胀以后进行记录。图为间层化2:1片状硅酸盐(AL1)在下的d001反射(1个水层Na以及0个水层C4)。还表明该相的004和008反射。还标记钠形式和纯正丁基铵形式的002和004反射。在加入15％CEC时，观察到钠反射的轻微变化，这表明间层化。间层化的上部结构反射起初是宽的且具有低强度，这通过范围1的偏差和/或交替层的统计分布表明。该反射的强度随着加入的正丁基铵的量而提高。同时，在有序间层化方向上存在其它反射的变化。在加入60％CEC时首先观察到有理数系列。该系列保持为有理数直至加入90％CEC，这强调间层化相的宽稳定性范围。对于105％CEC的加入，反射在纯正丁基铵形式的方向上变化，其在43％相对湿度下具有的d值。在加入125％CEC时，存在两个相。在加入150％CEC时，观察到d值的强变化，这指定为完全交换相。
如从图5中获悉，对于加入74％的交换能力，发现最小的变化系数(cv＝0.14％)。
为评估具有有序间层化的2:1片状硅酸盐在水中的分层，制备具有不同固体含量的分散体。在这种情况下，在高固体含量(15重量％)下，形成凝胶，其甚至在稀释至0.5重量％时形成稳定几星期的分散体。在这种情况下，形成‘条纹(streaks)’。对于2:1片状硅酸盐(A1)和完全与正丁基铵阳离子交换的2:1片状硅酸盐，没有观察到类似的行为；图6。在引入水中以后，这些2:1片状硅酸盐在几秒内作为固体落到容器底部。
关于对于具有有序间层化的2:1片状硅酸盐(AL1)描述的溶胀行为的定量信息通过小角x射线散射(SAXS)提供。这显示存在各个硅酸盐薄片之间具有相等距离的均匀溶胀。对于10重量％试样，观察到由于渗透性溶胀导致的层面间距加宽至具有该范围内的q-2强度的液滴是层状物体的代表。在的散射向量(scatteringvector)的形态因子振荡的最小值显示分层为单独的薄片。作为层的a,b平面的特征，在的散射向量的宽角范围中的02/11带可见。该范围内测量点的尖锐波动是不可避免的，因为此处试样的散射一定程度地类似于溶剂的。
分层成单独的薄片通过AFM测量进一步确认。由于不具有水合抗衡离子的Helmholtz层的硅酸盐薄片厚度为(约1nm)，在AFM显微镜图片中小于2nm的所有片状硅酸盐薄片可指定为单独的薄片。鉴于薄片以下和以上的离子的水合，期望>1nm的层厚度。图7显示薄片(A和C)及其高度特征(B和D)的典型显微镜图片。图的A部分显示暴露的各个硅酸盐薄片。B部分显示在干燥时统计学位于彼此之上的几个微片的累积。存在1.3-1.4nm的离散步幅，因此这些为分层的单独薄片。

Claims (12)

1.可通过将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐在水中分层而得到的片状硅酸盐薄片，至少包括步骤：
(i)通过将2:1片状硅酸盐(A)用包含烷基铵盐的水和具有1-4个碳原子的单醇的溶剂混合物处理而制备具有有序间层化的2:1片状硅酸盐，
其中2:1片状硅酸盐(A)具有0.56p.f.u.至0.90p.f.u.的拉格利层电荷且间层至少交替地具有钠阳离子，
(ii)将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐与烷基铵盐的溶剂混合物分离，
(iii)通过将具有有序间层化并在(ii)下分离的2:1片状硅酸盐引入水中而将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐分层以产生包含片状硅酸盐薄片的水分散体，
(iv)将片状硅酸盐薄片与(iii)下制备的分散体分离，
其特征在于片状硅酸盐薄片具有至少10 000的平均纵横比。
2.根据权利要求1的片状硅酸盐薄片，其特征在于(i)中所用烷基铵盐的烷基链中具有2-8个碳原子。
3.根据权利要求1或2的片状硅酸盐薄片，其特征在于(i)中的水和具有1-4个碳原子的单醇的溶剂混合物中烷基铵盐的浓度为0.5-100.0毫摩尔/升。
4.根据权利要求1-3中任一项的片状硅酸盐薄片，其特征在于水和乙醇的溶剂混合物用于(i)中。
5.根据权利要求1-4中任一项的片状硅酸盐薄片，其特征在于2:1片状硅酸盐(A)为通过熔融合成制备的2:1片状硅酸盐。
6.根据权利要求1-4中任一项的片状硅酸盐薄片，其特征在于2:1片状硅酸盐(A)为天然存在的2:1片状硅酸盐或者通过将天然存在的2:1片状硅酸盐用碱金属盐水溶液处理而制备，其中碱金属盐的碱金属阳离子为Na+。
7.根据权利要求1-6中任一项的片状硅酸盐薄片，其中平均纵横比根据DIN 13320(status:2009)使用静态光散射(SLS)测定。
8.通过将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐在水中分层而制备根据权利要求1-7中任一项的片状硅酸盐薄片的方法，其至少包括步骤：
(i)通过将2:1片状硅酸盐(A)用包含烷基铵盐的水和具有1-4个碳原子的单醇的溶剂混合物处理而制备具有有序间层化的2:1片状硅酸盐，
其中2:1片状硅酸盐(A)具有0.56p.f.u.至0.90p.f.u.的拉格利层电荷且间层至少交替地具有钠阳离子，
(ii)将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐与烷基铵盐的溶剂混合物分离，
(iii)通过将具有有序间层化并在(ii)下分离的2:1片状硅酸盐引入水中而将具有有序间层化的2:1片状硅酸盐分层以产生包含片状硅酸盐薄片的水分散体，
(iv)将片状硅酸盐薄片与(iii)下制备的分散体分离。
9.包含根据权利要求1-7中任一项的片状硅酸盐薄片或者通过根据权利要求8的方法制备的片状硅酸盐薄片的水分散体。
10.根据权利要求1-7中任一项的片状硅酸盐薄片或者通过根据权利要求8的方法制备的片状硅酸盐薄片在生产复合材料中的用途。
11.包含根据权利要求1-7中任一项的片状硅酸盐薄片或者通过根据权利要求8的方法制备的片状硅酸盐薄片的复合材料。
12.根据权利要求11的复合材料，其用作扩散阻隔物或阻燃剂。
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