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    有机膨润土的应用领域及特性
    发布时间:2019-04-01 点击:-

    膨润土是以蒙脱石为主的含水黏土矿,而蒙脱石是由两层硅氧四面体片和一层夹于其间的铝(镁)氧(羟基)八面体构成的2:1型层状硅酸盐矿物,其结构层间以弱的库伦力结合。这种结构中存在着特殊的可膨胀性层间域,使膨润土具有「吸水性、膨胀性、黏结性、催化性、悬浮性、无毒性、触变性和离子交换性」等许多优良的性能。


    有机插层膨润土除具有天然膨润土的上述性能外,还因其层间距比天然膨润土的要大,故应用范围更广、效果更理想。例如,由于其在有机介质中具有良好的溶胀性、高分散性,可广泛应用于「涂料、鞋油、环保、油漆、石油钻井、塑料、化妆品、铸造、调稠剂、染色剂、高温润滑脂、纳米复合材料」等行业,是近年来行业关注的重点方向之一。


    1、有机插层膨润土的制备方法及影响因素


    有机插层膨润土比较常用的制备方法有「干法、湿法、预凝胶法以及微波合成法」等。

    影响有机插层膨润土性能的因素有很多,如原土样的选择、反应环境的选择、有机改性剂的选择等。控制好影响因素有助于使膨润土发挥其良好的性能,达到所需应用的目的。


    (1)原土样的影响

    制备有机膨润土所用原料中的蒙脱石含量必须在以上,且泥沙等含量应尽可能少,这就要求对原土进行多次提纯。蒙脱石的性质和它的化学成分与内部结构有关,钠基膨润土的交换阳离子为钠离子,钙基膨润土的交换性阳离子为钙离子。而钠基膨润土比钙基膨润土更容易进行有机化改性,即在离子交换、胶介质,膨胀倍数等方面均比钙基膨润土好,所以理想的制备原料为钠基膨润土。


    (2)反应环境的影响


    膨润土的性能主要受反应环境和制备方法的影响。反应环境包括介质、有机改性剂的用量,反应温度、反应时间、原土的状态等。


    研究表明:有机膨润土的去除效果随改性剂用量的增加而升高,但有机改性剂/膨润土的质量比值达到一定值后就不再增加,具体的质量比因被处理物种类的不同而不同,最佳用量应根据蒙脱石交换容量和改性剂的数量确定,这是因为膨润土对有机改性剂也有一个饱和吸附量的缘故。


    改性温度对膨润土的去除效果也有影响,表现为随着温度的增加去除率也随之增加,但也有一个最大值,随后再增加温度去除效果反而下降。


    (3)有机改性剂的影响


    有机改性剂的选择对有机膨润土的制备过程尤为重要,使用不同的改性剂会得到不同表面结构和不同性能的有机膨润土。改性剂的性能,碳链长度、碳链结构、长碳链数量等都会对有机膨润土表面性能和层状结构有影响,进而影响聚合物/层状硅酸盐的插层与剥离行为;在不同的表面活性剂用量和种类下,表现出的结果也各不相同,在相同的有机碳含量下,可能会表现出相似的分配系数。


    有机改性剂主要通过影响膨润土的层间距值,层间距值越大,疏水性越好。有机改性剂种类的影响表现为不同碳链的有机阳离子其截面积不同,当所用改性剂的阳离子截面积大小与蒙脱石层间单位交换点平均占有面积相适应时,层间才能达到足够的覆盖度,在有机溶剂中形成较好的凝胶体,获得黏度较大、凝胶性能较好的有机膨润土。


    另外,膨润土的黏流性随晶格扭曲程度越严重变化越大;耐热性随土中有机碳链的长度的增加分解温度越高,其凝胶性与土中有机碳链的性质(长度、结构、极性)、有机土粒子的大小及溶剂分子的极性等因素有关,当烷基链为同等长度时,含双键或芳香官能团的烷基链形成的凝胶强度越高。


    2、有机膨润土的应用领域及特性


    有机膨润土属于有机无机杂化材料,同时具有有机物和无机物的某些特性,用途十分广泛,在染料脱色、颜料防沉、有机物废水处理、农药吸附、复合材料、防渗、医药缓释、油墨、乳胶漆、涂料以及催化等领域应用研究活跃。


    (1)油漆油墨


    在油漆油墨中加入有机膨润土,可增加液态有机系统的粘稠性,改变其流动性。在高速印刷油墨加入有机膨润土,可增大粘度,印刷效果好,干燥快。有机膨润土还可用于某些墨水中,由于固体悬浮在有机液态系统中,可控制向多孔基地的渗透,改变渗透性和均匀性,字迹清晰不至模糊。在油漆方面,加入有机膨润土后可明显改善其悬浮性、流动性、耐腐蚀性以及干燥性等。其添加在颜料油漆中,具有防沉、耐腐蚀等优良性能。


    2)石油钻井


    石油钻井是有机膨润土应用最为广泛的行业,有机膨润可明显提高泥浆的稳定性,使泥浆具有良好的流变性、润滑性和耐腐蚀性。


    (3)污水处理


    有机膨润土具有良好的吸附性能,被广泛用于污水、废水的净化处理,可有效吸附废水中的有机物质。处理废水步骤如下:将有机膨润土按照一定比例加入到需要处理的有机废水中,搅拌(或者使用微波辐照)静置沉淀,固液分离,检测达到排放标后排放。


    4)复合材料


    有机膨润土还可应用于复合材料领域,尤其对聚合物及其改性。纳米级有机膨润土可应用在塑料(尼龙、环氧树脂、聚烯烃等)、橡胶制品的纳米改性,可有效改善其耐热性、强度、耐磨性等。将少量的纳米蒙脱土加入到橡胶中,可以明显提高橡胶的强度、伸长率,甚至完全可替代白炭黑、炭黑等填料,大大降低或消除污染,这将是21世纪橡胶工业的一场革命。


    纳米级有机膨润土复合材料不仅减轻了传统复合材料添加剂的重量,而且使得大大改善了复合材料的硬度、阻燃、阻气性能。在轨道交通方面,高性能复合弹性结构材料应用于减震方面能够将硫化天然橡胶的力学性能达到拉伸强度>30MPa。


    预计未来几年,国内市场对有机膨润土需求量将达到30-40万吨/年,而有机膨润土将朝着精细化、系列化、功能化等方向不断发展。积极开展有机膨润土生产技术研究,加快成果产业化转化,拓展有机膨润土应用领域,实现有机膨润土高效、高附加值综合利用将是有机膨润土行业的主要发展方向。