蒙脫土是一類由納米厚度的表面帶負電的硅酸鹽片層,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)域的擴大。
無機鹽改性是通過加入一種或多種無機金屬水合陽離子與蒙脫土層間可交換的陽離子進行交換,這些離子充當了平衡硅氧四面體上負電荷的作用,同時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,能有效改善合成橡膠的氣密度,提高其強度及伸張率。近年來,我國合成橡膠行業(yè)景氣度不斷提升,產(chǎn)量呈持續(xù)增長態(tài)勢。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示,2021年我國合成橡膠產(chǎn)量達811.7萬噸,同比增長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)模不斷擴大。
納米蒙脫土活性劑,其作用機理是通過離子交換反應(yīng),增加季銨鹽表面活性劑在蒙脫土片層間的載負量和納米材料對表面活性劑的協(xié)同穩(wěn)定作用。由于蒙脫土硅酸鹽片層之間吸附有金屬陽離子,季銨鹽表面活性劑中的陽離子基團與這些金屬陽離子進行離子交換,從而形成納米蒙脫土活性劑。
近年來,有關(guān)聚氨酯/蒙脫土納米復(fù)合材料的研究受到了人們廣泛的重視,這是由于納米蒙脫土具有較高的比表面積,同傳統(tǒng)材料相比較,蒙脫土納米復(fù)合材料可以賦予聚氨酯復(fù)合材料許多性能,如改善其化學性能。氣密性、防腐性、耐候性、耐化學性等,通過加入少量(1%-7%)的納米蒙脫土,可以使聚氨酯的強度和伸長率等性能同時得到提高。
制備有機活化蒙脫土:將膨潤土經(jīng)提純制得蒙脫土,再進行有機活化,方法是將1~50份的膨潤土加入到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的有機活化蒙脫土。
由于蒙脫土納米粒子可明顯提高樹脂的強度、硬度,由此漆膜的力學性能得到顯著提高;同時納米粒子又在樹脂中起到物理交聯(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會,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)是一種儲量且廉價的天然礦物資源,具有特的片層結(jié)構(gòu),是增強聚合物材料性能的一種高性價比填料。當MMT在聚合物基體中實現(xiàn)良好分散時,能夠明顯提高聚合物材料的力學性能、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,導致與聚合物相容性差,難以實現(xiàn)良好分散,因此,對其進行有機化改性。
蒙脫土系蒙皂石粘土(包括鈣基、鈉基、鈉-鈣基、鎂基蒙粘土)經(jīng)剝片分散、提純改型、超細分級、特殊有機復(fù)合而成,平均晶片厚度小于25nm,是有商業(yè)用途的無機高分子類增稠劑。