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用領(lǐng)域的擴大。
簡單酸改性主要是用硫酸、鹽酸、磷酸或它們的混合酸洗滌或?qū)⒓佑兴岬拿擅撏翍腋∫杭訜嵋欢〞r間。通過酸化改性的蒙脫土的比表面積增大,孔徑也增大,而且具有更強的吸附性和化學活性,具有很高的吸附和催化性能,是一種非常好的中孔載體材料。處理后的蒙脫土可廣泛應用于油品脫色、制無碳復寫紙、催化劑載體及污水處理等方面。
天然蒙脫土按其層間可交換陽離子的種類分為氫基、鈣基、鈉基、鋰基等蒙脫土,以鈣基蒙脫土為主,但其性能較差,產(chǎn)品附加價值低。鈉基蒙脫土比鈣基蒙脫土有更好的膨脹性、陽離子交換性,水介質(zhì)中的分散性、粘性、潤滑性、熱穩(wěn)定性及較高熱濕壓強度和抗壓強度??捎肗aCl乙醇溶液、碳酸鈉、焦磷酸鈉、多聚磷酸鈉作為改性劑交換鈣基蒙脫土為鈉基蒙脫土。
無機鹽改性是通過加入一種或多種無機金屬水合陽離子與蒙脫土層間可交換的陽離子進行交換,這些離子充當了平衡硅氧四面體上負電荷的作用,同時由于在層間溶劑的作用下,可以使蒙脫土剝離分散成更薄的單晶片。用于蒙脫土改性的鹽主要有鋁鹽、鎂鹽、鋅鹽、銅鹽等。
制備有機活化蒙脫土:將膨潤土經(jīng)提純制得蒙脫土,再進行有機活化,方法是將1~50份的膨潤土加入到100~1 000份的分散劑中,在50~80℃下高速攪拌形成懸浮體系,除去沉淀物,將 0~20份質(zhì)子化劑加入到懸浮液中,攪拌均勻,形成懸浮液A備用。將0.1~20.0份有機活化劑溶于20~300份分散劑中,形成溶液B。將溶液B滴加到70~90℃的懸浮液A中,邊滴加邊攪拌,滴加時間應控制在0.5~3.0 h內(nèi),制得插層蒙脫土懸浮液。經(jīng)洗滌、干燥和粉碎等程序制成50~150 μm的有機活化蒙脫土。
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。
蒙脫土(montmorillonite)和粘土(clay)基本上是同一種物質(zhì),但前者是學名,指純凈的蒙脫土(一種1:2型硅鋁酸鹽),而后者(粘土)是俗名,是市場上銷售的不太純凈的蒙脫土(混有一定數(shù)量的其他中種類的黏土)。就像氯化鈉是指純的化合物,而食鹽也可認為是氯化鈉,但不純凈,除氯化鈉外,還含有一定數(shù)量的K、Ca、Mg、Al等化合物。
在制備聚合物、粘土納米復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。
改性后的蒙脫土具有親油性來源于層間長鏈季鉸鹽在有機溶劑中的溶劑化作用,有機蒙脫土可以在甲苯等非極性溶劑中凝膠化;改性后的蒙脫土也可用于苯系污染物,重金屬離子和有機農(nóng)藥的處理;有機蒙脫土也被廣泛地用作于聚合物中的納米填充材料,所得到得納米復合材料具有比重輕,耐熱性好,耐老化性、阻隔性、阻燃性優(yōu)良等特點,并且復合材料具有較好的尺寸穩(wěn)定性和透明性:季鹽修飾的蒙脫土還可以用作抗菌材料。