有機膨潤土的製備及應用

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(nián),而有機膨潤土(tǔ)將朝著精細化、係列(liè)化、功(gōng)能化等方向不斷發展。大力開展(zhǎn)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(tā)潛在性能等,意義重大。
膨潤(rùn)土又叫斑脫岩或膨土岩,是以蒙脫石為主要成分的黏土岩。一方麵,膨潤土具有優異的(de)膨脹性、吸附性、陽離子交換性、催化性、粘結(jié)性、懸浮性和可塑性,常作為(wéi)粘結劑、懸(xuán)浮劑、吸附劑、淨(jìng)化(huà)劑及稠化劑等被廣泛應用於鋼(gāng)鐵、石油、化工、紡織、藥品等諸多(duō)領域。另一方(fāng)麵,膨潤土呈親水性,對有(yǒu)機物的吸附能力較差。為提高膨潤土吸附有機物的(de)能力、充分利用其巨大的(de)理論表麵積,需要對其進行有機改性,所得產物即為有(yǒu)機膨潤(rùn)土。有(yǒu)機膨潤土即(jí)是指利用有機分子、離子(zǐ)、聚合物等以共價鍵、離子鍵、氫(qīng)鍵、偶極以及範德華力(lì)與膨潤土結合而成(chéng)的(de)膨(péng)潤土有機複合物。
 
1.有機膨潤土的(de)製備
 
1.1有機膨潤土的製備原(yuán)理
最常(cháng)見的改性方法是在適當條件下用有機(jī)陽離子將膨潤土層間無機陽離子交換出來。或者直接(jiē)在膨潤土(tǔ)層間插入有機分子,改變層(céng)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(yǒu)烷基(jī)銨改性膨潤土,也有十八胺、金屬螯合物(wù)、有機(jī)矽、二環胺(àn)離子等其它有機物對膨潤土進行改性的報道。插(chā)層有(yǒu)機物國內研究則主要集中於季銨鹽和(hé)胺(àn),常用(yòng)的有十六烷基三甲銨鹽(CTMA)、十六烷基吡啶(CPB)、十八烷基三(sān)甲銨鹽(DTMA)等。
 
季銨鹽陽離(lí)子表麵活性(xìng)劑與膨潤土發生(shēng)的陽離子交換反應如下:
 
1.2有(yǒu)機膨潤土的製備工藝
 
幹法製(zhì)備工藝
幹(gàn)法製(zhì)備有機膨潤土是將含水(shuǐ)20%~30%的膨(péng)潤土與有機改性劑直接混合,加熱、混勻後(hòu)擠壓(yā),直接製得有機膨潤土。或進一步烘幹、破碎成粉狀產(chǎn)品,或直接將其分散於有機溶劑中製成凝膠或乳膠體產品。
工藝流程:
提純(chún)鈉基膨潤土+有機覆蓋劑→加熱混合→擠壓→混合→有機凝(níng)膠
提純鈉基膨潤土(tǔ)+有機覆蓋(gài)劑→加熱混合→擠壓→幹燥→破碎→包裝
優點:工藝簡單。
缺點(diǎn):通常需要在高壓或表麵活性劑熔(róng)融溫度下進行,能耗巨大,且無法保證所得產品的均一(yī)性和穩定性。
 
濕法製備工藝
膨潤土的濕法合成是(shì)將膨潤土礦物粉碎(suì)後分散在水中製(zhì)成漿液,再加入(rù)有機改性(xìng)劑,在充分攪拌的條件下進行反應,達到(dào)有機化的(de)目的。
工藝流程:
膨潤土粉→分散製漿→提純→改型(或改型→提純)→有機(jī)覆蓋→過(guò)濾→烘幹→粉碎→產品
 
預凝膠法製備工藝
預凝膠法製備有機膨潤土是將膨潤土分離改(gǎi)型提純後,在有機覆(fù)蓋(gài)過程中(zhōng)加入疏水有機溶劑(如礦灼油),把疏水膨潤土複合物萃取進入有機油,分離出水相,再經蒸發除去殘留水份,直接製成有機膨潤土預凝膠(jiāo)。
 
工藝(yì)流程:
原礦粉(fěn)碎→分散製漿→改型提純→抽提水份(fèn)→加熱除水→預凝膠產品
隨著對膨潤土(tǔ)結構特征和理化性能的進一步了解,一些研究者采用更多(duō)的方法合(hé)成有機粘土。如(rú)熔融態有機(jī)物與(yǔ)粘土礦物相複合、粉末研修(xiū)法、小分子有機化合物與粘土作用後被聚(jù)合等,近來又有人利用超聲波(bō)的強大空化作用(yòng)製備有機膨潤土。
 
2.有機膨潤土的應用
 
在石油鑽井中的應用
有機膨潤土是油(yóu)基鑽井液中最基本(běn)的親油膠體,是不可缺少的添加劑,在油基鑽井(jǐng)液中(zhōng)既可提高鑽井液的黏度和切力,又能降低油基鑽井液的濾失量。
 
在潤滑脂中的應用
膨潤土(tǔ)潤滑脂是以有機土為稠化劑製成的凝膠化潤滑脂。具(jù)有使用溫度高(gāo),不(bú)怕(pà)濕氣(qì)和水(shuǐ)分,膠體安定性優良,化學(xué)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(tí)高橡膠製品的性能,降低橡膠製品的成(chéng)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(yóu)漆塗料中的應用
有機膨潤土在(zài)塗料中(zhōng)得到廣泛的應用(yòng)。油漆油墨中使用有機膨潤土,可改善(shàn)其觸變(biàn)性、懸乳性和穩定性,提高敷(fū)展性,防止流掛(guà)、凹陷,增加漆膜厚度,防止油漆沉澱(diàn),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(de)應用
將有機膨潤土引入到各(gè)種化妝品如雪花膏、油脂膏、牙膏和指甲油(yóu)等,利(lì)用(yòng)有機膨潤土提高(gāo)觸變性,起到增稠、防沉(防板(bǎn)結)、油化乳化等作用。
 
在環境保護(hù)中的應用
有機膨潤土吸附水中有機汙染物(wù)的能力比原土高(gāo)幾十(shí)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(xìng),在(zài)染色過程中會提高染色的勻染(rǎn)度和染色率。利用有機膨潤土易吸附在(zài)纖維表麵的特性,用作織物柔軟劑,可起到(dào)潤滑、吸濕和抗靜電作用。
 
用於玻璃纖維樹脂
有機膨潤土用於玻璃纖維樹(shù)脂可提高樹(shù)脂的觸變性(xìng)和懸浮性,從而增(zēng)加(jiā)了(le)樹脂的貯存穩定(dìng)性。防止固(gù)化過程中玻璃與樹(shù)脂的分離(lí),便於泵送、噴(pēn)注、防(fáng)止流掛。
 
在其它領域的應用
有(yǒu)機膨(péng)潤土在農藥、塑料、樹脂、電子等行業(yè)中也都有廣泛的應用。
未來(lái)幾年,國內市場對有機膨潤(rùn)土需求量將(jiāng)達到30-40萬噸/年,而有機膨潤土將(jiāng)朝(cháo)著精細化、係列化、功能化等方向不(bú)斷發展。大力(lì)開展有機膨潤土的應用研究,從應用的角度深入發掘(jué)有機膨潤土的增稠、吸附、粘度調節、觸變、懸浮、離子交換及其(qí)他潛在性能等,意義重大。

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