蒙脫土是一類由納米厚度的表面帶負(fù)電的硅酸鹽片層,依靠層間的靜電作用而堆積在一起構(gòu)成的土狀礦物,其晶體結(jié)構(gòu)中的晶胞是由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體構(gòu)成。具有特的一維層狀納米結(jié)構(gòu)和陽(yáng)離子交換性特性,從而賦予蒙脫土諸多改性的可能和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大。
無(wú)機(jī)鹽改性是通過(guò)加入一種或多種無(wú)機(jī)金屬水合陽(yáng)離子與蒙脫土層間可交換的陽(yáng)離子進(jìn)行交換,這些離子充當(dāng)了平衡硅氧四面體上負(fù)電荷的作用,同時(shí)由于在層間溶劑的作用下,可以使蒙脫土剝離分散成更薄的單晶片。用于蒙脫土改性的鹽主要有鋁鹽、鎂鹽、鋅鹽、銅鹽等。
合成橡膠為納米蒙脫土大需求端。納米蒙脫土具有耐腐蝕、抗沖擊、耐磨損等優(yōu)勢(shì),能有效改善合成橡膠的氣密度,提高其強(qiáng)度及伸張率。近年來(lái),我國(guó)合成橡膠行業(yè)景氣度不斷提升,產(chǎn)量呈持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2021年我國(guó)合成橡膠產(chǎn)量達(dá)811.7萬(wàn)噸,同比增長(zhǎng)9.7%。在此背景下,納米蒙脫土作為合成橡膠原材料,行業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。
制備有機(jī)活化蒙脫土:將膨潤(rùn)土經(jīng)提純制得蒙脫土,再進(jìn)行有機(jī)活化,方法是將1~50份的膨潤(rùn)土加入到100~1 000份的分散劑中,在50~80℃下高速攪拌形成懸浮體系,除去沉淀物,將 0~20份質(zhì)子化劑加入到懸浮液中,攪拌均勻,形成懸浮液A備用。將0.1~20.0份有機(jī)活化劑溶于20~300份分散劑中,形成溶液B。將溶液B滴加到70~90℃的懸浮液A中,邊滴加邊攪拌,滴加時(shí)間應(yīng)控制在0.5~3.0 h內(nèi),制得插層蒙脫土懸浮液。經(jīng)洗滌、干燥和粉碎等程序制成50~150 μm的有機(jī)活化蒙脫土。
由于蒙脫土納米粒子可明顯提高樹(shù)脂的強(qiáng)度、硬度,由此漆膜的力學(xué)性能得到顯著提高;同時(shí)納米粒子又在樹(shù)脂中起到物理交聯(lián)作用,也明顯提高了漆膜的耐擦傷性能。汽車面漆中的各種顏料、填料、樹(shù)脂和溶劑等有良好的相容性,增加了各種粒子混合均勻的機(jī)會(huì),加之納米粒子具有特的光協(xié)同效應(yīng),使得漆膜的表面平整性、光亮度有明顯改善。
蒙脫土(MMT)是一種儲(chǔ)量且廉價(jià)的天然礦物資源,具有特的片層結(jié)構(gòu),是增強(qiáng)聚合物材料性能的一種高性價(jià)比填料。當(dāng)MMT在聚合物基體中實(shí)現(xiàn)良好分散時(shí),能夠明顯提高聚合物材料的力學(xué)性能、氣密性能、熱穩(wěn)定性能和阻燃性能等。但因其表面的親水性,導(dǎo)致與聚合物相容性差,難以實(shí)現(xiàn)良好分散,因此,對(duì)其進(jìn)行有機(jī)化改性。
蒙脫土(montmorillonite)和粘土(clay)基本上是同一種物質(zhì),但前者是學(xué)名,指純凈的蒙脫土(一種1:2型硅鋁酸鹽),而后者(粘土)是俗名,是市場(chǎng)上銷售的不太純凈的蒙脫土(混有一定數(shù)量的其他中種類的黏土)。就像氯化鈉是指純的化合物,而食鹽也可認(rèn)為是氯化鈉,但不純凈,除氯化鈉外,還含有一定數(shù)量的K、Ca、Mg、Al等化合物。
在制備聚合物、粘土納米復(fù)合材料時(shí)先對(duì)其進(jìn)行有機(jī)化改性,可以解決由蒙脫土晶胞層間可交換性陽(yáng)離子構(gòu)成的親水的微環(huán)境不利于親油性的聚合物或單體插入,與聚合物的相容性不好的問(wèn)題。利用長(zhǎng)鏈季鹽改性劑對(duì)蒙脫土進(jìn)行離子交換處理,可制得有機(jī)蒙脫土。
改性后的蒙脫土具有親油性來(lái)源于層間長(zhǎng)鏈季鉸鹽在有機(jī)溶劑中的溶劑化作用,有機(jī)蒙脫土可以在甲苯等非極性溶劑中凝膠化;改性后的蒙脫土也可用于苯系污染物,重金屬離子和有機(jī)農(nóng)藥的處理;有機(jī)蒙脫土也被廣泛地用作于聚合物中的納米填充材料,所得到得納米復(fù)合材料具有比重輕,耐熱性好,耐老化性、阻隔性、阻燃性優(yōu)良等特點(diǎn),并且復(fù)合材料具有較好的尺寸穩(wěn)定性和透明性:季鹽修飾的蒙脫土還可以用作抗菌材料。