有機膨潤土的制備及應用
未來(lái)幾年,國內市場(chǎng)對有機膨潤土需求量將達到30-40萬(wàn)噸/年,而有機膨潤土將朝著(zhù)精細化、系列化、功能化等方向不斷發(fā)展。大力開(kāi)展有機膨潤土的應用研究,從應用的角度深入發(fā)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(yōu)異的膨脹性、吸附性、陽(yáng)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(lǐng)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(jìn)行有機改性,所得產(chǎn)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(jià)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(jiàn)的改性方法是在適當條件下用有機陽(yáng)離子將膨潤土層間無(wú)機陽(yáng)離子交換出來(lái)?;蛘咧苯釉谂驖櫷翆娱g插入有機分子,改變層間域親水環(huán)境,使得其呈疏水性。同時(shí)又增加了粘土礦物中的有機質(zhì)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(huán)胺離子等其它有機物對膨潤土進(jìn)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(yáng)離子表面活性劑與膨潤土發(fā)生的陽(yáng)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(jìn)一步烘干、破碎成粉狀產(chǎn)品,或直接將其分散于有機溶劑中制成凝膠或乳膠體產(chǎn)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(yōu)點(diǎn):工藝簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn):通常需要在高壓或表面活性劑熔融溫度下進(jìn)行,能耗巨大,且無(wú)法保證所得產(chǎn)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(jìn)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(guò)濾→烘干→粉碎→產(chǎn)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(guò)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(jìn)入有機油,分離出水相,再經(jīng)蒸發(fā)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(chǎn)品
隨著(zhù)對膨潤土結構特征和理化性能的進(jìn)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(tài)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(lái)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?xún)?yōu)良,化學(xué)安定和熱穩定及抗極壓性能好等優(yōu)點(diǎn)。
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(xiàn)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(zhì)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(huán)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(lǐng)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(guò)程中會(huì )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(shù)脂
有機膨潤土用于玻璃纖維樹(shù)脂可提高樹(shù)脂的觸變性和懸浮性,從而增加了樹(shù)脂的貯存穩定性。防止固化過(guò)程中玻璃與樹(shù)脂的分離,便于泵送、噴注、防止流掛。
在其它領(lǐng)域的應用
有機膨潤土在農藥、塑料、樹(shù)脂、電子等行業(yè)中也都有廣泛的應用。
未來(lái)幾年,國內市場(chǎng)對有機膨潤土需求量將達到30-40萬(wàn)噸/年,而有機膨潤土將朝著(zhù)精細化、系列化、功能化等方向不斷發(fā)展。大力開(kāi)展有機膨潤土的應用研究,從應用的角度深入發(fā)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。