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。
近年來,有關聚氨酯/蒙脫土納米復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,蒙脫土納米復合材料可以賦予聚氨酯復合材料許多性能,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,滴加時間應控制在0.5~3.0 h內,制得插層蒙脫土懸浮液。經洗滌、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,使得漆膜的表面平整性、光亮度有明顯改善。
陽離子表面活性劑是改性MMT常用且使用多的一類有機改性劑,其改性機理為:陽離子表面活性劑通過與MMT層間的陽離子進行離子交換,使得陽離子表面活性劑能夠順利進入MMT層間,使MMT由疏油性變成親油性,且增大了MMT的層間距,有利于聚合物鏈進一步的插層。
蒙脫土系蒙皂石粘土(包括鈣基、鈉基、鈉-鈣基、鎂基蒙粘土)經剝片分散、提純改型、超細分級、特殊有機復合而成,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。
蒙脫土(montmorillonite)和粘土(clay)基本上是同一種物質,但前者是學名,指純凈的蒙脫土(一種1:2型硅鋁酸鹽),而后者(粘土)是俗名,是市場上銷售的不太純凈的蒙脫土(混有一定數(shù)量的其他中種類的黏土)。就像氯化鈉是指純的化合物,而食鹽也可認為是氯化鈉,但不純凈,除氯化鈉外,還含有一定數(shù)量的K、Ca、Mg、Al等化合物。
在制備聚合物、粘土納米復合材料時先對其進行有機化改性,可以解決由蒙脫土晶胞層間可交換性陽離子構成的親水的微環(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。利用長鏈季鹽改性劑對蒙脫土進行離子交換處理,可制得有機蒙脫土。
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