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| 蒙脫土的主要特性以及在涂料中的應(yīng)用 |
| 來源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-05-21 10:37:17 瀏覽次數(shù)： |
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（中國(guó)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(gòu)成的粘土，其基本結(jié)構(gòu)單元系兩層硅氧四面體片中間夾一層鋁氧八面體片構(gòu)成的2∶1型層狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)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(duì)運(yùn)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Al3+置換Si4+，使得MMT晶體結(jié)構(gòu)帶負(fù)電荷，為達(dá)到電價(jià)平衡，MMT晶胞會(huì)吸附交換性陽離子（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(bǔ)償晶格中的負(fù)電荷。因此，MMT類礦物有吸附陽離子和極性有機(jī)分子的能力。由于MMT的層間結(jié)構(gòu)松散，水分子或其他有機(jī)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(jī)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(jié)構(gòu)而具有較好的吸水膨脹性、分散懸浮性、觸變性、粘結(jié)性、可塑性、離子交換性、有機(jī)物吸附性、穩(wěn)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(shù)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(dá)到一定厚度并分布均勻時(shí)，吸水量達(dá)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(fù)。
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(xì)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(jié)構(gòu)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(dāng)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(xiàn)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(jié)構(gòu)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(fù)流動(dòng)性。
1.4粘結(jié)性和可塑性
1.4.1粘結(jié)性
MMT與水混合具有粘結(jié)性，其源于多方面，如MMT親水、顆粒細(xì)小、晶體表面電荷多樣化、顆粒不規(guī)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(jié)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(jié)構(gòu)內(nèi)，高價(jià)Si4+、Al3+可被低價(jià)陽離子同晶置換，致使單位晶層中的電荷不平衡，出現(xiàn)過剩的負(fù)電荷，即MMT晶胞成為“大負(fù)離子”。MMT晶胞所帶負(fù)電荷一部分由八面體晶片中OH-置換O2-來補(bǔ)償，一部分靜電吸附一些低價(jià)陽離子來平衡，被吸附陽離子具有交換性。
1.6有機(jī)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(nèi)部電荷不平衡，形成負(fù)電性吸附中心，從而具有吸附各種陽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(jī)分子。
1.7穩(wěn)定性
1.7.1熱穩(wěn)定性
MMT具有一定的熱穩(wěn)定性，在受熱情況下仍具有一定的陽離子交換能力和膨脹性能。
1.7.2化學(xué)穩(wěn)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(yīng)，具有較好的化學(xué)穩(wěn)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無毒性
MMT對(duì)人、畜、植物無毒害和腐蝕作用，對(duì)人體皮膚無刺激，對(duì)神經(jīng)、呼吸系統(tǒng)無影響。
2 蒙脫土在涂料中的應(yīng)用
在涂料中應(yīng)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(fù)合，不但能提高SA的物理機(jī)械性能，而且由于MMT的二維層間結(jié)構(gòu)，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(duì)MMT有機(jī)化，制得有機(jī)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(wěn)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(fù)合阻燃涂料是一種安全、高效、環(huán)保的涂料，性能達(dá)到阻燃清漆國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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，固體組分則是無機(jī)粉料，水泥是其主要成分。
它是一種綠色環(huán)保型防水涂料，代表著防水材料的發(fā)展方向之一。聚合物水泥基涂料兼具無機(jī)和有機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)在既有水泥類凝膠材料強(qiáng)度高、易于與潮濕基面粘結(jié)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(duì)聚合物水泥基涂料進(jìn)行插層改性以形成納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，可望對(duì)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插層改性可顯著提高涂膜的力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率），顯著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(dāng)?shù)氐姆勖夯椅⒅楹蚆MT研制開發(fā)了聚合物水泥基防水涂料，配方新穎獨(dú)特，該產(chǎn)品具有剛?cè)嵯酀?jì)的特性，技術(shù)性能優(yōu)異，達(dá)到國(guó)內(nèi)同類產(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(xì)膩豐滿、抗菌防霉、耐候等特點(diǎn)，它的出現(xiàn)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機(jī)抗菌劑或氧化物型無機(jī)抗菌劑。金屬離子型無機(jī)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(yīng)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(dá)到抗菌要求。
氧化物型無機(jī)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(dá)到抗菌標(biāo)準(zhǔn)。此外，無機(jī)抗菌劑的防霉效果差，而直接使用有機(jī)抗菌劑，短期抗菌效果好，但有機(jī)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(fù)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(dāng)成膜物為硅丙乳液、抗菌劑添加量為1.0%時(shí)，乳膠漆對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率大于99%，長(zhǎng)霉等級(jí)為0級(jí)，且經(jīng)水浸泡后抗菌防霉性能不變，顯示其長(zhǎng)效抗菌防霉性能。
3 結(jié)語
納米技術(shù)是21世紀(jì)的一次新的技術(shù)革命，而MMT作為迄今為止原料來源最為豐富、價(jià)廉易得的納米材料之一，其在聚合物中的廣泛應(yīng)用展現(xiàn)出誘人的前景，它的發(fā)現(xiàn)已被公認(rèn)為納米材料發(fā)展史上新的里程碑。目前，MMT納米復(fù)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(duì)其機(jī)理尚需進(jìn)一步的深入探討，并加快該方面的研究步伐。對(duì)此，筆者認(rèn)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(fù)合機(jī)理，提出合理的復(fù)合過程模型，從而解決復(fù)合過程的盲目性，研究出更多的制備工藝和方法。
（2）研究有機(jī)相與無機(jī)相的界面、鍵合形式、界面的穩(wěn)定性等。
（3）開發(fā)更加有效的材料結(jié)構(gòu)和形態(tài)表征方法。
（4）改進(jìn)MMT納米粒子分散方法。
（5）開發(fā)功能性MMT納米材料，充分發(fā)揮MMT納米粒子的特性。
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