|
| |
| 蒙脫土的主要特性以及在涂料中的應用 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-05-21 10:37:17 瀏覽次數： |
|
| |
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）蒙脫土（MMT）是一種納米厚度的硅酸鹽片層構成的粘土，其基本結構單元系兩層硅氧四面體片中間夾一層鋁氧八面體片構成的2∶1型層狀結構，此結構單元層之間以分子間力連接，比較松散，在外力或極性水分子的作用下層間會(huì )產(chǎn)生相對運動(dòng)而膨脹或剝離。鋁氧八面體中的Al3+可被Mg2+、Fe3+（Fe2+）、Zn2+等多種離子置換，硅氧四面體中的Si4+也可被Al3+置換，但置換率較小。由于A(yíng)l3+置換Si4+，使得MMT晶體結構帶負電荷，為達到電價(jià)平衡，MMT晶胞會(huì )吸附交換性陽(yáng)離子（如Li+、K+、Na+、Ca2+等），使其位于單元層之間。另外，在八面體片中OH-置換O2-也會(huì )部分補償晶格中的負電荷。因此，MMT類(lèi)礦物有吸附陽(yáng)離子和極性有機分子的能力。由于MMT的層間結構松散，水分子或其他有機分子可以進(jìn)入層間，所以造成了MMT的吸水膨脹性、高分散性、吸附性等，也是MMT易造漿、活化、有機化和改型等的原因所在。
1蒙脫土特性
MMT由于其特殊的晶體結構而具有較好的吸水膨脹性、分散懸浮性、觸變性、粘結性、可塑性、離子交換性、有機物吸附性、穩定性等性能。
1.1吸水膨脹性
MMT具有吸濕性，能吸附8~15倍于自己體積的水量。吸水后能膨脹，膨脹倍數是自身原體積的30余倍。MMT的吸水作用有一定限度，所吸的水分子層（即水化膜）達到一定厚度并分布均勻時(shí)，吸水量達到平衡，若此平衡被破壞即失水后，吸水膨脹性能又得以恢復。
1.2分散懸浮性
MMT以膠體分散狀態(tài)存在于溶液中。MMT礦物顆粒細小，它的單位晶層之間易分離，水分子易進(jìn)入晶層與晶層之間，充分水化后以溶膠形式懸浮于水溶液中。
1.3觸變性
MMT結構中的—OH在靜置的介質(zhì)中會(huì )產(chǎn)生氫鍵，使之成為均勻的膠體，并且有一定的粘度。當在外界剪切力存在下進(jìn)行攪拌時(shí)，氫鍵破壞，粘度降低，所以在攪動(dòng)時(shí)MMT懸浮液表現為流動(dòng)性很好的溶膠液；停止外加攪動(dòng)就會(huì )自行排列成具有立體網(wǎng)狀結構的凝膠，并不發(fā)生沉降分層和有水離析；再施加外力攪動(dòng)時(shí)，凝膠又迅速被打破，恢復流動(dòng)性。
1.4粘結性和可塑性
1.4.1粘結性
MMT與水混合具有粘結性，其源于多方面，如MMT親水、顆粒細小、晶體表面電荷多樣化、顆粒不規則、—OH與水形成氫鍵。由多種聚附形式形成的溶膠，使MMT與水混合具有很大的粘結性。
1.4.2可塑性
MMT具有較好的可塑性，其可塑性水的百分含量大大高于高嶺土和伊利土，而形變所需要的力則較其他粘土小。
1.5離子交換性
在MMT晶胞結構內，高價(jià)Si4+、Al3+可被低價(jià)陽(yáng)離子同晶置換，致使單位晶層中的電荷不平衡，出現過(guò)剩的負電荷，即MMT晶胞成為“大負離子”。MMT晶胞所帶負電荷一部分由八面體晶片中OH-置換O2-來(lái)補償，一部分靜電吸附一些低價(jià)陽(yáng)離子來(lái)平衡，被吸附陽(yáng)離子具有交換性。
1.6有機物吸附性
MMT中硅氧四面體或鋁氧八面體中的Si4+或Al3+被其他低價(jià)離子取代的晶格置換引起內部電荷不平衡，形成負電性吸附中心，從而具有吸附各種陽(yáng)離子和極性分子的能力，因此，MMT晶層間和晶胞表面能吸附多種有機分子。
1.7穩定性
1.7.1熱穩定性
MMT具有一定的熱穩定性，在受熱情況下仍具有一定的陽(yáng)離子交換能力和膨脹性能。
1.7.2化學(xué)穩定性
MMT不溶于一般的礦酸，氫氟酸是惟一能溶解硅酸鹽的溶劑，MMT在室溫下不與堿、氧化劑、還原劑反應，具有較好的化學(xué)穩定性。
1.7.3溶解性
MMT的晶格骨架不溶于水，同晶置換在晶層底面的陽(yáng)離子在水介質(zhì)中具有親水性，形成水化膜，同時(shí)作為交換劑的反離子可以溶解于水中。
1.8無(wú)毒性
MMT對人、畜、植物無(wú)毒害和腐蝕作用，對人體皮膚無(wú)刺激，對神經(jīng)、呼吸系統無(wú)影響。
2 蒙脫土在涂料中的應用
在涂料中應用MMT，可以改善其性能，例如可以提高涂料的阻隔性、阻燃性、耐熱性、防腐性、抗菌性等性能。
2.1苯丙涂料
苯丙涂料（SA）是一種用苯乙烯改性的丙烯酸系共聚乳液涂料，由于在共聚物中引入苯乙烯鏈段，提高了涂膜的耐水性、耐堿性、硬度和抗污性。這種涂料可供水泥、砂漿、木材、混凝土底材的涂裝，在乳液涂料中占有很大的比例，但它的耐寒、耐水、耐熱性較差，限制了其使用范圍。將SA與MMT復合，不但能提高SA的物理機械性能，而且由于MMT的二維層間結構，SA的阻燃性也得到較大提高。
劉軍輝等人先采用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）對MMT有機化，制得有機蒙脫土（OMMT），再由乳液插層聚合法合成SA/OMMT涂料，SA能夠有效地插層到OMMT層間，層間距由1.55nm增大到4nm左右，且OMMT片層可以均勻地分散在SA共聚物中；OMMT不但能提高SA的粘度，增加SA的貯存穩定性，而且賦予SA阻燃性，有效降低其熱釋放速率和質(zhì)量損失，在OMMT用量為2%時(shí)效果最好，制得的復合阻燃涂料是一種安全、高效、環(huán)保的涂料，性能達到阻燃清漆國家標準的要求，為新型阻燃涂料的研究探索了一條新途徑。
2.2聚合物水泥基涂料
聚合物水泥基涂料是由液體組分和固體組分組成的雙組分水乳型防水涂料，其中液體組分主要是聚合物乳液，并添加各種助劑，固體組分則是無(wú)機粉料，水泥是其主要成分。
它是一種綠色環(huán)保型防水涂料，代表著(zhù)防水材料的發(fā)展方向之一。聚合物水泥基涂料兼具無(wú)機和有機材料的優(yōu)點(diǎn)，表現在既有水泥類(lèi)凝膠材料強度高、易于與潮濕基面粘結的特點(diǎn)，又有聚合物涂膜彈性大、防水性好的特點(diǎn)，但也存在耐水性差、使用壽命短等缺點(diǎn)。
采用MMT對聚合物水泥基涂料進(jìn)行插層改性以形成納米復合結構，可望對涂膜的力學(xué)性能、熱性能、耐候性及耐水性加以改善。周虎、余劍英等人通過(guò)乳液插層技術(shù)制備了OMMT插層改性丙烯酸酯乳液，并由其制得丙烯酸酯乳液水泥基防水涂料，在OMMT用量為3%時(shí)，OMMT插層改性可顯著(zhù)提高涂膜的力學(xué)性能（拉伸強度和斷裂伸長(cháng)率），顯著(zhù)改善涂膜的耐水性能、耐熱老化性能和耐紫外老化性能。另外，苑金生利用當地的粉煤灰微珠和MMT研制開(kāi)發(fā)了聚合物水泥基防水涂料，配方新穎獨特，該產(chǎn)品具有剛柔相濟的特性，技術(shù)性能優(yōu)異，達到國內同類(lèi)產(chǎn)品領(lǐng)先水平。
2.3 抗菌性乳膠漆
抗菌性乳膠漆具有涂層細膩豐滿(mǎn)、抗菌防霉、耐候等特點(diǎn)，它的出現推動(dòng)了建筑涂料的發(fā)展。目前，乳膠漆中添加的抗菌劑一般為金屬離子型無(wú)機抗菌劑或氧化物型無(wú)機抗菌劑。金屬離子型無(wú)機抗菌劑主要為銀離子和鋅離子抗菌劑，雖然銀離子抗菌劑的抗菌效果優(yōu)良，但是其易變色的特點(diǎn)限制了它在乳膠漆中的廣泛應用；而鋅離子抗菌劑的抗菌效果僅為銀離子的1/100，需在乳膠漆中添加較多的抗菌劑才能達到抗菌要求。
氧化物型無(wú)機抗菌劑主要為氧化鋅和氧化鈦型抗菌劑，同樣需要添加較多的量才能達到抗菌標準。此外，無(wú)機抗菌劑的防霉效果差，而直接使用有機抗菌劑，短期抗菌效果好，但有機抗菌劑有一定毒性，且抗菌持久性差，不符合環(huán)保要求。張葵花等人采用離子交換法將十二烷基二甲基芐基氯化銨插層到鈉基MMT中制備了復合抗菌劑，再將其加入到水性乳膠漆中制備抗菌水性乳膠漆，當成膜物為硅丙乳液、抗菌劑添加量為1.0%時(shí)，乳膠漆對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率大于99%，長(cháng)霉等級為0級，且經(jīng)水浸泡后抗菌防霉性能不變，顯示其長(cháng)效抗菌防霉性能。
3 結語(yǔ)
納米技術(shù)是21世紀的一次新的技術(shù)革命，而MMT作為迄今為止原料來(lái)源最為豐富、價(jià)廉易得的納米材料之一，其在聚合物中的廣泛應用展現出誘人的前景，它的發(fā)現已被公認為納米材料發(fā)展史上新的里程碑。目前，MMT納米復合材料雖然已經(jīng)獲得了多種優(yōu)良性能，但研究的涂料品種較少，對其機理尚需進(jìn)一步的深入探討，并加快該方面的研究步伐。對此，筆者認為以下幾個(gè)方面將是今后研究的重點(diǎn)：
（1）研究涂料與MMT的復合機理，提出合理的復合過(guò)程模型，從而解決復合過(guò)程的盲目性，研究出更多的制備工藝和方法。
（2）研究有機相與無(wú)機相的界面、鍵合形式、界面的穩定性等。
（3）開(kāi)發(fā)更加有效的材料結構和形態(tài)表征方法。
（4）改進(jìn)MMT納米粒子分散方法。
（5）開(kāi)發(fā)功能性MMT納米材料，充分發(fā)揮MMT納米粒子的特性。
?歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
