無機(jī)鹽改性是通過加入一種或多種無機(jī)金屬水合陽離子與蒙脫土層間可交換的陽離子進(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(qiáng)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?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2021年我國合成橡膠產(chǎn)量達(dá)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(kuò)大。
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)度和伸長率等性能同時得到提高。
制備有機(jī)活化蒙脫土:將膨潤土經(jīng)提純制得蒙脫土,再進(jìn)行有機(jī)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(jī)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(jī)活化蒙脫土。
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,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。
陽離子表面活性劑是改性MMT常用且使用多的一類有機(jī)改性劑,其改性機(jī)理為:陽離子表面活性劑通過與MMT層間的陽離子進(jìn)行離子交換,使得陽離子表面活性劑能夠順利進(jìn)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(jìn)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(jīng)剝片分散、提純改型、超細(xì)分級、特殊有機(jī)復(fù)合而成,平均晶片厚度小于25nm,是有商業(yè)用途的無機(jī)高分子類增稠劑。
蒙脫土(montmorillonite)和粘土(clay)基本上是同一種物質(zhì),但前者是學(xué)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(rèn)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(fù)合材料時先對其進(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。利用長鏈季鹽改性劑對蒙脫土進(jìn)行離子交換處理,可制得有機(jī)蒙脫土。
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