蒙脫土是一類由納米厚度的表面帶負電的硅酸鹽片層,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)域的擴大。
蒙脫土由于層間的大量無機離子而表現(xiàn)出來的疏油性,不利于其在聚合物基體中的分散,因此要對其進行有機改性。蒙脫土常用的有機改性劑有陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、聚合物單體和偶聯(lián)劑等。例如采用陽離子表面活性劑改性常用十六或十八烷基基等季銨鹽處理蒙脫土,發(fā)生陽離子交換反應(yīng)。使有機基團覆蓋蒙脫土表面或揷入其層間,使其表面能發(fā)生變化,增大了層間距,使其由原來的親水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油性。
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(chǎn)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(chǎn)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(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,可以使聚氨酯的強度和伸長率等性能同時得到提高。
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、超細分級、特殊有機復(fù)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。
在制備聚合物、粘土納米復(fù)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(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行離子交換處理,可制得有機蒙脫土。