有機膨潤土的制備及應用

未來幾年,國內市場對有機膨潤土需求量將達到30-40萬噸/年,而有機膨潤土將朝著精細化、系列化、功能化等方向不斷發展。大力開展有機膨潤土的應用研究,從應用的角度深入發掘有機膨潤土的增稠、吸附、粘度調節、觸變、懸浮、離子交換及其他潛在性能等,意義重大。
膨潤土又叫斑脫巖或膨土巖,是以蒙脫石為主要成分的黏土巖。一方面,膨潤土具有優異的膨脹性、吸附性、陽離子交換性、催化性、粘結性、懸浮性和可塑性,常作為粘結劑、懸浮劑、吸附劑、凈化劑及稠化劑等被廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、紡織、藥品等諸多領域。另一方面,膨潤土呈親水性,對有機物的吸附能力較差。為提高膨潤土吸附有機物的能力、充分利用其巨大的理論表面積,需要對其進行有機改性,所得產物即為有機膨潤土。有機膨潤土即是指利用有機分子、離子、聚合物等以共價鍵、離子鍵、氫鍵、偶極以及范德華力與膨潤土結合而成的膨潤土有機復合物。
 
1.有機膨潤土的制備
 
1.1有機膨潤土的制備原理
最常見的改性方法是在適當條件下用有機陽離子將膨潤土層間無機陽離子交換出來?;蛘咧苯釉谂驖櫷翆娱g插入有機分子,改變層間域親水環境,使得其呈疏水性。同時又增加了粘土礦物中的有機質含量。
目前,有機改性膨潤土主要有烷基銨改性膨潤土,也有十八胺、金屬螯合物、有機硅、二環胺離子等其它有機物對膨潤土進行改性的報道。插層有機物國內研究則主要集中于季銨鹽和胺,常用的有十六烷基三甲銨鹽(CTMA)、十六烷基吡啶(CPB)、十八烷基三甲銨鹽(DTMA)等。
 
季銨鹽陽離子表面活性劑與膨潤土發生的陽離子交換反應如下:
 
1.2有機膨潤土的制備工藝
 
干法制備工藝
干法制備有機膨潤土是將含水20%~30%的膨潤土與有機改性劑直接混合,加熱、混勻后擠壓,直接制得有機膨潤土?;蜻M一步烘干、破碎成粉狀產品,或直接將其分散于有機溶劑中制成凝膠或乳膠體產品。
工藝流程:
提純鈉基膨潤土+有機覆蓋劑→加熱混合→擠壓→混合→有機凝膠
提純鈉基膨潤土+有機覆蓋劑→加熱混合→擠壓→干燥→破碎→包裝
優點:工藝簡單。
缺點:通常需要在高壓或表面活性劑熔融溫度下進行,能耗巨大,且無法保證所得產品的均一性和穩定性。
 
濕法制備工藝
膨潤土的濕法合成是將膨潤土礦物粉碎后分散在水中制成漿液,再加入有機改性劑,在充分攪拌的條件下進行反應,達到有機化的目的。
工藝流程:
膨潤土粉→分散制漿→提純→改型(或改型→提純)→有機覆蓋→過濾→烘干→粉碎→產品
 
預凝膠法制備工藝
預凝膠法制備有機膨潤土是將膨潤土分離改型提純后,在有機覆蓋過程中加入疏水有機溶劑(如礦灼油),把疏水膨潤土復合物萃取進入有機油,分離出水相,再經蒸發除去殘留水份,直接制成有機膨潤土預凝膠。
 
工藝流程:
原礦粉碎→分散制漿→改型提純→抽提水份→加熱除水→預凝膠產品
隨著對膨潤土結構特征和理化性能的進一步了解,一些研究者采用更多的方法合成有機粘土。如熔融態有機物與粘土礦物相復合、粉末研修法、小分子有機化合物與粘土作用后被聚合等,近來又有人利用超聲波的強大空化作用制備有機膨潤土。
 
2.有機膨潤土的應用
 
在石油鉆井中的應用
有機膨潤土是油基鉆井液中最基本的親油膠體,是不可缺少的添加劑,在油基鉆井液中既可提高鉆井液的黏度和切力,又能降低油基鉆井液的濾失量。
 
在潤滑脂中的應用
膨潤土潤滑脂是以有機土為稠化劑制成的凝膠化潤滑脂。具有使用溫度高,不怕濕氣和水分,膠體安定性優良,化學安定和熱穩定及抗極壓性能好等優點。
 
在橡膠中的應用
可提高橡膠制品的性能,降低橡膠制品的成本,提高橡膠與簾子線的粘接強度和膠料的加工性能。
 
在油漆涂料中的應用
有機膨潤土在涂料中得到廣泛的應用。油漆油墨中使用有機膨潤土,可改善其觸變性、懸乳性和穩定性,提高敷展性,防止流掛、凹陷,增加漆膜厚度,防止油漆沉淀,提高貯存穩定性,增加油漆質量和漆件的壽命。
 
在日用化工品中的應用
將有機膨潤土引入到各種化妝品如雪花膏、油脂膏、牙膏和指甲油等,利用有機膨潤土提高觸變性,起到增稠、防沉(防板結)、油化乳化等作用。
 
在環境保護中的應用
有機膨潤土吸附水中有機污染物的能力比原土高幾十至幾百倍,亦可以作為有機廢氣的吸附處理材料。
 
在紡織領域的應用
利用有機膨潤土與染料及水的雙重親水性,在染色過程中會提高染色的勻染度和染色率。利用有機膨潤土易吸附在纖維表面的特性,用作織物柔軟劑,可起到潤滑、吸濕和抗靜電作用。
 
用于玻璃纖維樹脂
有機膨潤土用于玻璃纖維樹脂可提高樹脂的觸變性和懸浮性,從而增加了樹脂的貯存穩定性。防止固化過程中玻璃與樹脂的分離,便于泵送、噴注、防止流掛。
 
在其它領域的應用
有機膨潤土在農藥、塑料、樹脂、電子等行業中也都有廣泛的應用。
未來幾年,國內市場對有機膨潤土需求量將達到30-40萬噸/年,而有機膨潤土將朝著精細化、系列化、功能化等方向不斷發展。大力開展有機膨潤土的應用研究,從應用的角度深入發掘有機膨潤土的增稠、吸附、粘度調節、觸變、懸浮、離子交換及其他潛在性能等,意義重大。

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