蒙脫土是一類由納米厚度的表面帶負(fù)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(kuò)大。
蒙脫土由于層間的大量無機(jī)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(jìn)行有機(jī)改性。蒙脫土常用的有機(jī)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(jī)基團(tuán)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。
納米蒙脫土活性劑,其作用機(jī)理是通過離子交換反應(yīng),增加季銨鹽表面活性劑在蒙脫土片層間的載負(fù)量和納米材料對表面活性劑的協(xié)同穩(wěn)定作用。由于蒙脫土硅酸鹽片層之間吸附有金屬陽離子,季銨鹽表面活性劑中的陽離子基團(tuán)與這些金屬陽離子進(jìn)行離子交換,從而形成納米蒙脫土活性劑。
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(qiáng)度和伸長率等性能同時(shí)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(xì)分級、特殊有機(jī)復(fù)合而成,平均晶片厚度小于25nm,是有商業(yè)用途的無機(jī)高分子類增稠劑。
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(jī)溶劑中的溶劑化作用,有機(jī)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(jī)農(nóng)藥的處理;有機(jī)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(fù)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(diǎn),并且復(fù)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。