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。
納米蒙脫土(MMT)是一種由納米厚度的表面帶負(fù)電硅酸鹽片層,依靠層間靜電作用而堆積在一起構(gòu)成的黏土。納米蒙脫土具有生產(chǎn)成本低、吸附性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì),屬于新型納米材料。納米蒙脫土與聚合物相復(fù)合,能夠制備出橡膠制品、纖維、涂料及塑料制品,在眾多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
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,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。
納米蒙脫土活性劑,其作用機(jī)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(fù)量和納米材料對(duì)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(yáng)離子,季銨鹽表面活性劑中的陽(yáng)離子基團(tuán)與這些金屬陽(yáng)離子進(jìn)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(xué)性能。氣密性、防腐性、耐候性、耐化學(xué)性等,通過加入少量(1%-7%)的納米蒙脫土,可以使聚氨酯的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等性能同時(shí)得到提高。
由于蒙脫土納米粒子可明顯提高樹脂的強(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(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(xì)分級(jí)、特殊有機(jī)復(fù)合而成,平均晶片厚度小于25nm,是有商業(yè)用途的無(wú)機(jī)高分子類增稠劑。
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。