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有机膨润土的制备及应用
2019/06/21 点击 1985 次

中国粉体网讯  膨润土又叫斑脱岩或膨土岩,是以蒙脱石为主要成分的黏土岩。一方面,膨润土具有优异的膨胀性、吸附性、阳离子交换性、催化性、粘结性、悬浮性和可塑性,常作为粘结剂、悬浮剂、吸附剂、净化剂及稠化剂等被广泛应用于钢铁、石油、化工、纺织、药品等诸多领域。另一方面,膨润土呈亲水性,对有机物的吸附能力较差。为提高膨润土吸附有机物的能力、充分利用其巨大的理论表面积,需要对其进行有机改性,所得产物即为有机膨润土。有机膨润土即是指利用有机分子、离子、聚合物等以共价键、离子键、氢键、偶极以及范德华力与膨润土结合而成的膨润土有机复合物。


1.有机膨润土的制备


1.1有机膨润土的制备原理


最常见的改性方法是在适当条件下用有机阳离子将膨润土层间无机阳离子交换出来。或者直接在膨润土层间插入有机分子,改变层间域亲水环境,使得其呈疏水性。同时又增加了粘土矿物中的有机质含量。


目前,有机改性膨润土主要有烷基铵改性膨润土,也有十八胺、金属螯合物、有机硅、二环胺离子等其它有机物对膨润土进行改性的报道。插层有机物国内研究则主要集中于季铵盐和胺,常用的有十六烷基三甲铵盐(CTMA)、十六烷基吡啶(CPB)、十八烷基三甲铵盐(DTMA)等。


季铵盐阳离子表面活性剂与膨润土发生的阳离子交换反应如下:




1.2有机膨润土的制备工艺


干法制备工艺


干法制备有机膨润土是将含水20%~30%的膨润土与有机改性剂直接混合,加热、混匀后挤压,直接制得有机膨润土。或进一步烘干、破碎成粉状产品,或直接将其分散于有机溶剂中制成凝胶或乳胶体产品。


工艺流程:

提纯钠基膨润土+有机覆盖剂→加热混合→挤压→混合→有机凝胶

提纯钠基膨润土+有机覆盖剂→加热混合→挤压→干燥→破碎→包装


优点:工艺简单。


缺点:通常需要在高压或表面活性剂熔融温度下进行,能耗巨大,且无法保证所得产品的均一性和稳定性。


湿法制备工艺


膨润土的湿法合成是将膨润土矿物粉碎后分散在水中制成浆液,再加入有机改性剂,在充分搅拌的条件下进行反应,达到有机化的目的。


工艺流程:

膨润土粉→分散制浆→提纯→改型(或改型→提纯)→有机覆盖→过滤→烘干→粉碎→产品


美国专利415578介绍的有机膨润土的制备工艺:



优点:湿法合成有机膨润土是在溶液态进行,充分的搅拌使膨润土与表面活性剂充分混合,当具有足够长的反应时间时,表面活性剂在膨润土上的吸附可以达到平衡。经过滤、洗涤、干燥、研磨后,可以得到形态均一、性能稳定的有机膨润土产品。湿法合成有机膨润土对设备与操作的要求都比干法要低,故目前制备有机膨润土常用湿法。


缺点:恒温水浴、搅拌、干燥、活化等过程需要消耗大量的水和能源,而且制备过程时间较长,使得有机膨润土生产成本增加,不利于工业化应用。


预凝胶法制备工艺


预凝胶法制备有机膨润土是将膨润土分离改型提纯后,在有机覆盖过程中加入疏水有机溶剂(如矿灼油),把疏水膨润土复合物萃取进入有机油,分离出水相,再经蒸发除去残留水份,直接制成有机膨润土预凝胶。


工艺流程:

原矿粉碎→分散制浆→改型提纯→抽提水份→加热除水→预凝胶产品


随着对膨润土结构特征和理化性能的进一步了解,一些研究者采用更多的方法合成有机粘土。如熔融态有机物与粘土矿物相复合、粉末研修法、小分子有机化合物与粘土作用后被聚合等,近来又有人利用超声波的强大空化作用制备有机膨润土。


2.有机膨润土的应用


在石油钻井中的应用

有机膨润土是油基钻井液中最基本的亲油胶体,是不可缺少的添加剂,在油基钻井液中既可提高钻井液的黏度和切力,又能降低油基钻井液的滤失量。


在润滑脂中的应用

膨润土润滑脂是以有机土为稠化剂制成的凝胶化润滑脂。具有使用温度高,不怕湿气和水分,胶体安定性优良,化学安定和热稳定及抗极压性能好等优点。


在橡胶中的应用

可提高橡胶制品的性能,降低橡胶制品的成本,提高橡胶与帘子线的粘接强度和胶料的加工性能。


在油漆涂料中的应用

有机膨润土在涂料中得到广泛的应用。油漆油墨中使用有机膨润土,可改善其触变性、悬乳性和稳定性,提高敷展性,防止流挂、凹陷,增加漆膜厚度,防止油漆沉淀,提高贮存稳定性,增加油漆质量和漆件的寿命。


在日用化工品中的应用

将有机膨润土引入到各种化妆品如雪花膏、油脂膏、牙膏和指甲油等,利用有机膨润土提高触变性,起到增稠、防沉(防板结)、油化乳化等作用。


在环境保护中的应用

有机膨润土吸附水中有机污染物的能力比原土高几十至几百倍,亦可以作为有机废气的吸附处理材料。


在纺织领域的应用

利用有机膨润土与染料及水的双重亲水性,在染色过程中会提高染色的匀染度和染色率。利用有机膨润土易吸附在纤维表面的特性,用作织物柔软剂,可起到润滑、吸湿和抗静电作用。


用于玻璃纤维树脂

有机膨润土用于玻璃纤维树脂可提高树脂的触变性和悬浮性,从而增加了树脂的贮存稳定性。防止固化过程中玻璃与树脂的分离,便于泵送、喷注、防止流挂。


在其它领域的应用

有机膨润土在农药、塑料、树脂、电子等行业中也都有广泛的应用。


未来几年,国内市场对有机膨润土需求量将达到30-40万吨/年,而有机膨润土将朝着精细化、系列化、功能化等方向不断发展。大力开展有机膨润土的应用研究,从应用的角度深入发掘有机膨润土的增稠、吸附、粘度调节、触变、悬浮、离子交换及其他潜在性能等,意义重大。


参考资料:

周春晖等.有机膨润土制备研究和应用

王盼盼.有机改性膨润土对水体中有机-重金属污染物的吸附特征及机理

徐立恒.有机膨润土的结构调控及吸附性能研究

阮秀秀.有机膨润土的构-效关系及其分子作用机制


(中国粉体网编辑整理/黑金)

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(来源:中国粉体网)


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