有機(jī)膨潤(rùn)土的制備及應(yīng)用

未來(lái)幾年，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)有機(jī)膨潤(rùn)土需求量將達(dá)到30-40萬(wàn)噸/年，而有機(jī)膨潤(rùn)土將朝著精細(xì)化、系列化、功能化等方向不斷發(fā)展。大力開(kāi)展有機(jī)膨潤(rùn)土的應(yīng)用研究，從應(yīng)用的角度深入發(fā)掘有機(jī)膨潤(rùn)土的增稠、吸附、粘度調(diào)節(jié)、觸變、懸浮、離子交換及其他潛在性能等，意義重大。

膨潤(rùn)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(rùn)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(jié)性、懸浮性和可塑性，常作為粘結(jié)劑、懸浮劑、吸附劑、凈化劑及稠化劑等被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、紡織、藥品等諸多領(lǐng)域。另一方面，膨潤(rùn)土呈親水性，對(duì)有機(jī)物的吸附能力較差。為提高膨潤(rùn)土吸附有機(jī)物的能力、充分利用其巨大的理論表面積，需要對(duì)其進(jìn)行有機(jī)改性，所得產(chǎn)物即為有機(jī)膨潤(rùn)土。有機(jī)膨潤(rùn)土即是指利用有機(jī)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(rùn)土結(jié)合而成的膨潤(rùn)土有機(jī)復(fù)合物。

1.有機(jī)膨潤(rùn)土的制備

1.1有機(jī)膨潤(rùn)土的制備原理

最常見(jiàn)的改性方法是在適當(dāng)條件下用有機(jī)陽(yáng)離子將膨潤(rùn)土層間無(wú)機(jī)陽(yáng)離子交換出來(lái)?；蛘咧苯釉谂驖?rùn)土層間插入有機(jī)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(jī)質(zhì)含量。

目前，有機(jī)改性膨潤(rùn)土主要有烷基銨改性膨潤(rùn)土，也有十八胺、金屬螯合物、有機(jī)硅、二環(huán)胺離子等其它有機(jī)物對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性的報(bào)道。插層有機(jī)物國(guó)內(nèi)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(rùn)土發(fā)生的陽(yáng)離子交換反應(yīng)如下：

1.2有機(jī)膨潤(rùn)土的制備工藝

干法制備工藝

干法制備有機(jī)膨潤(rùn)土是將含水20%~30%的膨潤(rùn)土與有機(jī)改性劑直接混合，加熱、混勻后擠壓，直接制得有機(jī)膨潤(rùn)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(jī)溶劑中制成凝膠或乳膠體產(chǎn)品。

工藝流程：

提純鈉基膨潤(rùn)土+有機(jī)覆蓋劑→加熱混合→擠壓→混合→有機(jī)凝膠

提純鈉基膨潤(rùn)土+有機(jī)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(wěn)定性。

濕法制備工藝

膨潤(rùn)土的濕法合成是將膨潤(rùn)土礦物粉碎后分散在水中制成漿液，再加入有機(jī)改性劑，在充分?jǐn)嚢璧臈l件下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到有機(jī)化的目的。

工藝流程：

膨潤(rùn)土粉→分散制漿→提純→改型（或改型→提純）→有機(jī)覆蓋→過(guò)濾→烘干→粉碎→產(chǎn)品

美國(guó)專利415578介紹的有機(jī)膨潤(rùn)土的制備工藝：

優(yōu)點(diǎn)：濕法合成有機(jī)膨潤(rùn)土是在溶液態(tài)進(jìn)行，充分的攪拌使膨潤(rùn)土與表面活性劑充分混合，當(dāng)具有足夠長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間時(shí)，表面活性劑在膨潤(rùn)土上的吸附可以達(dá)到平衡。經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥、研磨后，可以得到形態(tài)均一、性能穩(wěn)定的有機(jī)膨潤(rùn)土產(chǎn)品。濕法合成有機(jī)膨潤(rùn)土對(duì)設(shè)備與操作的要求都比干法要低，故目前制備有機(jī)膨潤(rùn)土常用濕法。

缺點(diǎn)：恒溫水浴、攪拌、干燥、活化等過(guò)程需要消耗大量的水和能源，而且制備過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，使得有機(jī)膨潤(rùn)土生產(chǎn)成本增加，不利于工業(yè)化應(yīng)用。

預(yù)凝膠法制備工藝

預(yù)凝膠法制備有機(jī)膨潤(rùn)土是將膨潤(rùn)土分離改型提純后，在有機(jī)覆蓋過(guò)程中加入疏水有機(jī)溶劑（如礦灼油），把疏水膨潤(rùn)土復(fù)合物萃取進(jìn)入有機(jī)油，分離出水相，再經(jīng)蒸發(fā)除去殘留水份，直接制成有機(jī)膨潤(rùn)土預(yù)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(yù)凝膠產(chǎn)品

隨著對(duì)膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)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(jī)粘土。如熔融態(tài)有機(jī)物與粘土礦物相復(fù)合、粉末研修法、小分子有機(jī)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(qiáng)大空化作用制備有機(jī)膨潤(rùn)土。

2.有機(jī)膨潤(rùn)土的應(yīng)用

在石油鉆井中的應(yīng)用

有機(jī)膨潤(rùn)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(rùn)滑脂中的應(yīng)用

膨潤(rùn)土潤(rùn)滑脂是以有機(jī)土為稠化劑制成的凝膠化潤(rùn)滑脂。具有使用溫度高，不怕濕氣和水分，膠體安定性優(yōu)良，化學(xué)安定和熱穩(wěn)定及抗極壓性能好等優(yōu)點(diǎn)。

在橡膠中的應(yīng)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(qiáng)度和膠料的加工性能。

在油漆涂料中的應(yīng)用

有機(jī)膨潤(rùn)土在涂料中得到廣泛的應(yīng)用。油漆油墨中使用有機(jī)膨潤(rùn)土，可改善其觸變性、懸乳性和穩(wěn)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(wěn)定性，增加油漆質(zhì)量和漆件的壽命。

在日用化工品中的應(yīng)用

將有機(jī)膨潤(rùn)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(jī)膨潤(rùn)土提高觸變性，起到增稠、防沉（防板結(jié)）、油化乳化等作用。

在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

有機(jī)膨潤(rùn)土吸附水中有機(jī)污染物的能力比原土高幾十至幾百倍，亦可以作為有機(jī)廢氣的吸附處理材料。

在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用

利用有機(jī)膨潤(rùn)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(jī)膨潤(rùn)土易吸附在纖維表面的特性，用作織物柔軟劑，可起到潤(rùn)滑、吸濕和抗靜電作用。

用于玻璃纖維樹(shù)脂

有機(jī)膨潤(rùn)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(wěn)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(yīng)用

有機(jī)膨潤(rùn)土在農(nóng)藥、塑料、樹(shù)脂、電子等行業(yè)中也都有廣泛的應(yīng)用。

未來(lái)幾年，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)有機(jī)膨潤(rùn)土需求量將達(dá)到30-40萬(wàn)噸/年，而有機(jī)膨潤(rùn)土將朝著精細(xì)化、系列化、功能化等方向不斷發(fā)展。大力開(kāi)展有機(jī)膨潤(rùn)土的應(yīng)用研究，從應(yīng)用的角度深入發(fā)掘有機(jī)膨潤(rùn)土的增稠、吸附、粘度調(diào)節(jié)、觸變、懸浮、離子交換及其他潛在性能等，意義重大。