1318-93-0 / 蒙脫土的性能和應(yīng)用

蒙脫土又名膠嶺石、微晶高嶺石，一種硅酸鹽的天然礦物，為膨潤(rùn)土礦的主要礦物組分。蒙脫土（包括鈣基、鈉基、鈉-鈣基、鎂基蒙脫土）經(jīng)剝片分散、提純改型、超細(xì)分級(jí)、特殊有機(jī)復(fù)合，平均晶片厚度小于25nm，可作漂白劑、吸附劑填充劑、聚合物改性劑，被稱為“萬能材料”。

蒙脫土的性能和用途

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。具有獨(dú)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。

經(jīng)改性的蒙脫土具有很強(qiáng)的吸附能力，良好的分散性能，可以廣泛應(yīng)用高分子材料行業(yè)作為納米聚合物高分子材料的添加劑，提高抗沖擊、抗疲勞、尺寸穩(wěn)定性及氣體阻隔性能等，從而起到增強(qiáng)聚合物綜合物理性能的作用，同時(shí)改善物料加工性能。在聚合物中的應(yīng)用可以在聚合物時(shí)添加，也可以在熔融時(shí)共混添加（通常采用螺桿共混）。

蒙脫土的無機(jī)改性

蒙脫土經(jīng)過改性可使其性能更優(yōu)越，改性后的蒙脫土具有較大的層間距，較好的熱穩(wěn)定性和可調(diào)變的酸性，可作為新型的催化材料和吸附材料。目前所采用的蒙脫土的無機(jī)改性劑主要有酸和無機(jī)鹽兩類，另外還有蒙脫土的鈉化改性等。

（1）酸改性

簡(jiǎn)單酸改性主要是用硫酸、鹽酸、磷酸或它們的混合酸洗滌或?qū)⒓佑兴岬拿擅撏翍腋∫杭訜嵋欢〞r(shí)間。通過酸化改性的蒙脫土的比表面積增大，孔徑也增大，而且具有更強(qiáng)的吸附性和化學(xué)活性，具有很高的吸附和催化性能，是一種非常好的中孔載體材料。處理后的蒙脫土可廣泛應(yīng)用于油品脫色、制無碳復(fù)寫紙、催化劑載體及污水處理等方面。

（2）鈉化改性

天然蒙脫土按其層間可交換陽(yáng)離子的種類分為氫基、鈣基、鈉基、鋰基等蒙脫土，以鈣基蒙脫土為主，但其性能較差，產(chǎn)品附加價(jià)值低。鈉基蒙脫土比鈣基蒙脫土有更好的膨脹性、陽(yáng)離子交換性，水介質(zhì)中的分散性、粘性、潤(rùn)滑性、熱穩(wěn)定性及較高熱濕壓強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度?？捎肗aCl乙醇溶液、碳酸鈉、焦磷酸鈉、多聚磷酸鈉作為改性劑交換鈣基蒙脫土為鈉基蒙脫土。

（3）無機(jī)鹽改性

無機(jī)鹽改性是通過加入一種或多種無機(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。

蒙脫土的有機(jī)改性及在聚合物中的應(yīng)用

蒙脫土由于層間的大量無機(jī)離子而表現(xiàn)出來的疏油性，不利于其在聚合物基體中的分散，因此要對(duì)其進(jìn)行有機(jī)改性。蒙脫土常用的有機(jī)改性劑有陽(yáng)離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、聚合物單體和偶聯(lián)劑等。例如采用陽(yáng)離子表面活性劑改性常用十六或十八烷基三甲基等季銨鹽處理蒙脫土，發(fā)生陽(yáng)離子交換反應(yīng)。使有機(jī)基團(tuán)覆蓋蒙脫土表面或揷入其層間，使其表面能發(fā)生變化，增大了層間距，使其由原來的親水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油性。

聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料是當(dāng)今眾多無機(jī)納米粒子改性復(fù)合材料中最有潛力的納米復(fù)合材料之一。由于蒙脫土具有獨(dú)特的層狀一維納米結(jié)構(gòu)特性，形態(tài)特性，層間具有可設(shè)計(jì)的反應(yīng)性，超大的比表面積（750m2/g）和高達(dá)200以上的徑/厚比。

這種納米結(jié)構(gòu)和形態(tài)特性不同于其他二維、三維無機(jī)納米粒子，從而賦予聚合物/蒙脫土復(fù)合材料以一些優(yōu)異的力學(xué)性能、熱性能、功能性能和其他的物理性能。已有的實(shí)踐結(jié)果表明，聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料力學(xué)性能明顯提高，例如拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度提高20%～50%，模量提高1～2倍；摩擦系數(shù)、耐磨性提高1倍；熱變形溫度，結(jié)晶聚合物（如PA）提高80～90℃，非結(jié)晶聚合物提高10～30℃；熱膨脹系數(shù)減少約40%，材料的吸濕速度降低50%，尺寸穩(wěn)定性提高提高2～5倍；水蒸氣、O2、CO2、紫外光透過率降低到1/2～1/5；熱釋放速度明顯延緩，阻燃性顯著提高，熔融流動(dòng)性增加，成型收縮率降低，加工性能改善；復(fù)合材料的密度與單一聚合物相近，比常規(guī)無機(jī)填料改性的聚合物密度降低20～30%。材料的透光性也有不同程度的提高。因此聚合物/蒙脫石納米復(fù)合材料成為新一代高阻隔性包裝材料、高強(qiáng)度輕量化工程材料、高阻燃絕緣電器材料和抗疲勞高性能彈性體材料。