| 有機膨潤土的應(yīng)用領(lǐng)域及特性 |
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| 發(fā)布時間：2019-04-01 點擊：-次 |
膨潤土是以蒙脫石為主的含水黏土礦，而蒙脫石是由兩層硅氧四面體片和一層夾于其間的鋁（鎂）氧（羥基）八面體構(gòu)成的2:1型層狀硅酸鹽礦物，其結(jié)構(gòu)層間以弱的庫倫力結(jié)合。這種結(jié)構(gòu)中存在著特殊的可膨脹性層間域，使膨潤土具有「吸水性、膨脹性、黏結(jié)性、催化性、懸浮性、無毒性、觸變性和離子交換性」等許多優(yōu)良的性能。
有機插層膨潤土除具有天然膨潤土的上述性能外，還因其層間距比天然膨潤土的要大，故應(yīng)用范圍更廣、效果更理想。例如，由于其在有機介質(zhì)中具有良好的溶脹性、高分散性，可廣泛應(yīng)用于「涂料、鞋油、環(huán)保、油漆、石油鉆井、塑料、化妝品、鑄造、調(diào)稠劑、染色劑、高溫潤滑脂、納米復(fù)合材料」等行業(yè)，是近年來行業(yè)關(guān)注的重點方向之一。
1、有機插層膨潤土的制備方法及影響因素
有機插層膨潤土比較常用的制備方法有「干法、濕法、預(yù)凝膠法以及微波合成法」等。
影響有機插層膨潤土性能的因素有很多，如原土樣的選擇、反應(yīng)環(huán)境的選擇、有機改性劑的選擇等。控制好影響因素有助于使膨潤土發(fā)揮其良好的性能，達到所需應(yīng)用的目的。
（1）原土樣的影響
制備有機膨潤土所用原料中的蒙脫石含量必須在以上，且泥沙等含量應(yīng)盡可能少，這就要求對原土進行多次提純。蒙脫石的性質(zhì)和它的化學(xué)成分與內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，鈉基膨潤土的交換陽離子為鈉離子，鈣基膨潤土的交換性陽離子為鈣離子。而鈉基膨潤土比鈣基膨潤土更容易進行有機化改性，即在離子交換、膠介質(zhì)，膨脹倍數(shù)等方面均比鈣基膨潤土好，所以理想的制備原料為鈉基膨潤土。
（2）反應(yīng)環(huán)境的影響
膨潤土的性能主要受反應(yīng)環(huán)境和制備方法的影響。反應(yīng)環(huán)境包括介質(zhì)、有機改性劑的用量，反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、原土的狀態(tài)等。
研究表明：有機膨潤土的去除效果隨改性劑用量的增加而升高，但有機改性劑/膨潤土的質(zhì)量比值達到一定值后就不再增加，具體的質(zhì)量比因被處理物種類的不同而不同，最佳用量應(yīng)根據(jù)蒙脫石交換容量和改性劑的數(shù)量確定，這是因為膨潤土對有機改性劑也有一個飽和吸附量的緣故。
改性溫度對膨潤土的去除效果也有影響，表現(xiàn)為隨著溫度的增加去除率也隨之增加，但也有一個最大值，隨后再增加溫度去除效果反而下降。
（3）有機改性劑的影響
有機改性劑的選擇對有機膨潤土的制備過程尤為重要，使用不同的改性劑會得到不同表面結(jié)構(gòu)和不同性能的有機膨潤土。改性劑的性能，碳鏈長度、碳鏈結(jié)構(gòu)、長碳鏈數(shù)量等都會對有機膨潤土表面性能和層狀結(jié)構(gòu)有影響，進而影響聚合物/層狀硅酸鹽的插層與剝離行為；在不同的表面活性劑用量和種類下，表現(xiàn)出的結(jié)果也各不相同，在相同的有機碳含量下，可能會表現(xiàn)出相似的分配系數(shù)。
有機改性劑主要通過影響膨潤土的層間距值，層間距值越大，疏水性越好。有機改性劑種類的影響表現(xiàn)為不同碳鏈的有機陽離子其截面積不同，當(dāng)所用改性劑的陽離子截面積大小與蒙脫石層間單位交換點平均占有面積相適應(yīng)時，層間才能達到足夠的覆蓋度，在有機溶劑中形成較好的凝膠體，獲得黏度較大、凝膠性能較好的有機膨潤土。
另外，膨潤土的黏流性隨晶格扭曲程度越嚴(yán)重變化越大；耐熱性隨土中有機碳鏈的長度的增加分解溫度越高，其凝膠性與土中有機碳鏈的性質(zhì)（長度、結(jié)構(gòu)、極性）、有機土粒子的大小及溶劑分子的極性等因素有關(guān)，當(dāng)烷基鏈為同等長度時，含雙鍵或芳香官能團的烷基鏈形成的凝膠強度越高。
2、有機膨潤土的應(yīng)用領(lǐng)域及特性
有機膨潤土屬于有機無機雜化材料，同時具有有機物和無機物的某些特性，用途十分廣泛，在染料脫色、顏料防沉、有機物廢水處理、農(nóng)藥吸附、復(fù)合材料、防滲、醫(yī)藥緩釋、油墨、乳膠漆、涂料以及催化等領(lǐng)域應(yīng)用研究活躍。
（1）油漆油墨
在油漆油墨中加入有機膨潤土，可增加液態(tài)有機系統(tǒng)的粘稠性，改變其流動性。在高速印刷油墨加入有機膨潤土，可增大粘度，印刷效果好，干燥快。有機膨潤土還可用于某些墨水中，由于固體懸浮在有機液態(tài)系統(tǒng)中，可控制向多孔基地的滲透，改變滲透性和均勻性，字跡清晰不至模糊。在油漆方面，加入有機膨潤土后可明顯改善其懸浮性、流動性、耐腐蝕性以及干燥性等。其添加在顏料油漆中，具有防沉、耐腐蝕等優(yōu)良性能。
（2）石油鉆井
石油鉆井是有機膨潤土應(yīng)用最為廣泛的行業(yè)，有機膨潤可明顯提高泥漿的穩(wěn)定性，使泥漿具有良好的流變性、潤滑性和耐腐蝕性。
（3）污水處理
有機膨潤土具有良好的吸附性能，被廣泛用于污水、廢水的凈化處理，可有效吸附廢水中的有機物質(zhì)。處理廢水步驟如下：將有機膨潤土按照一定比例加入到需要處理的有機廢水中，攪拌（或者使用微波輻照）靜置沉淀，固液分離，檢測達到排放標(biāo)后排放。
（4）復(fù)合材料
有機膨潤土還可應(yīng)用于復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其對聚合物及其改性。納米級有機膨潤土可應(yīng)用在塑料（尼龍、環(huán)氧樹脂、聚烯烴等）、橡膠制品的納米改性，可有效改善其耐熱性、強度、耐磨性等。將少量的納米蒙脫土加入到橡膠中，可以明顯提高橡膠的強度、伸長率，甚至完全可替代白炭黑、炭黑等填料，大大降低或消除污染，這將是21世紀(jì)橡膠工業(yè)的一場革命。
納米級有機膨潤土復(fù)合材料不僅減輕了傳統(tǒng)復(fù)合材料添加劑的重量，而且使得大大改善了復(fù)合材料的硬度、阻燃、阻氣性能。在軌道交通方面，高性能復(fù)合彈性結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于減震方面能夠?qū)⒘蚧烊幌鹉z的力學(xué)性能達到拉伸強度>30MPa。
預(yù)計未來幾年，國內(nèi)市場對有機膨潤土需求量將達到30-40萬噸/年，而有機膨潤土將朝著精細化、系列化、功能化等方向不斷發(fā)展。積極開展有機膨潤土生產(chǎn)技術(shù)研究，加快成果產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化，拓展有機膨潤土應(yīng)用領(lǐng)域，實現(xiàn)有機膨潤土高效、高附加值綜合利用將是有機膨潤土行業(yè)的主要發(fā)展方向。
