有机纳米蒙脱土简介

蒙脱土结构

蒙脱土是一种天然的层状含水硅铝酸盐矿物。是由二层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构，每一薄片层的厚度约1nm，长宽约100～1000nm，层间距约1～1.5nm是天然的二维纳米材料。化学分子式：(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2[Si4O10](OH)2·nH2O

无机蒙脱土（水性膨润土）

蒙脱土主要成分是蒙脱石，天然开采的蒙脱土其蒙脱石含量一般在40%-65%。通过原矿的开采、晾晒、粉碎、筛分,得到蒙脱土基料，再分散制浆,旋流除砂,离心除杂,纳化处理，提纯的浆料过滤,干燥和粉碎解聚得到高纯度的钠基蒙脱土（膨润土）产品。通常蒙脱石颗粒是由表面带负电的硅酸盐纳米片层，依靠层间的静电作用而堆积在一起，一般几十、几百片蒙脱石薄片堆叠在一起，即使在充分水化分散的条件下，蒙脱石颗粒仍由十几片、几十片薄片堆叠在一起，因此无机蒙脱土在聚合物领域是无法得到独立片层的纳米分散，其功能性和可利用性低。

有机纳米蒙脱土

由于蒙脱土晶胞矿物层间带有负电荷，能吸收Ca2+、Mg2+、K+、Na+等阳离子，且这些阳离子易被其它有机阳离子交换，故具有较好的离子交换性。蒙脱土通过阳离子交换，以常用的季胺盐型插层改性剂十八烷基三甲基氯化铵(简称1831)、十八烷基二甲基氯化铵(1827)、十六烷基三甲基氯化铵(1631)、十六烷基节基二甲基氯化铵(1627)、十二烷基苄基二甲基氯化铵(1227),双十八烷基二甲基氯化铵型(2HT-75, SM-95)等对蒙脱石插层改性处理，使层间距扩大到2～4nm，降低了材料的表面自由能，制成有机纳米蒙脱土，改善了其与聚合物基体之间的相容性，制成蒙脱土与聚合物的新型纳米复合材料，对聚合物的力学性能、耐热性能、气体阻隔性能、防霉菌、热稳定性能、紫外老化性能、阻燃性能等都有很大的提高。

浙江丰虹聚合物用蒙脱土牌号表

有机纳米蒙脱土在聚合物中的功能作用

有机纳米蒙脱土的纳米结构和形态特性不同于其他二维、三维无机纳米粒子，从而赋予聚合物/蒙脱土复合材料以一些优异的力学性能、热性能、功能性能和其他的物理性能。已有的实践结果表明，聚合物/蒙脱土纳米复合材料力学性能明显提高，例如拉伸强度、弯曲强度提高20%～50%，模量提高1～2倍；摩擦系数、耐磨性提高1倍；热变形温度，结晶聚合物（如PA）提高80～90℃，非结晶聚合物提高10～30℃；热膨胀系数减少约40%，材料的吸湿速度降低50%，尺寸稳定性提高提高2～5倍；水蒸气、O2、CO2、紫外光透过率降低到1/2～1/5；燃烧成碳，材料热释放速度明显延缓，并防止材料熔融滴落，阻燃性显著提高；熔融流动性增加，成型收缩率降低，加工性能改善；复合材料的密度与单一聚合物相近，比常规无机填料改性的聚合物密度降低20～30%。材料的透光性也有不同程度的提高。因此聚合物/蒙脱石纳米复合材料成为新一代高阻隔性包装材料、高强度轻量化工程材料、高阻燃绝缘电器材料和抗疲劳高性能材料。

有机纳米蒙脱土加工使用方法

蒙脱土必须经过两个过程，在聚合物中才能达到纳米级分散，只有彻底分散均匀的纳米硅酸盐片层才能有更好的功效。

经过提纯的蒙脱土经过插层反应，变成有机纳米蒙脱土

无机蒙脱土片层间距约1～1.5nm，并且其片层由于静电作用，几十个薄片堆叠在一起，是无法将每一个纳米片层分散的。只有通过插层反应（一般插层剂要达到30-40%），将蒙脱土的层间距提高到2～4nm，变为有机纳米蒙脱土，降低了材料表面自由能，并且由亲水性变为亲油性，才能在聚合物中较好分散。

有机蒙脱土两步分散法

经过插层处理的蒙脱土要经过双螺杆的剪切才能达到彻底纳米分散

为使有机蒙脱土达到最佳的分散和剥离，在混合热塑性复合材料时，推荐使用同向双螺杆挤出机或 BUSS 捏合机。       挤出混和时建议选择尽可能大的长径比螺杆组合（> 40 L/D）和能达到高分散性的螺纹模块。为避免压实，最好通过侧喂料装置将其添加到已熔融的聚合物中。

在双螺杆挤出机中分散时，应注意不要“过度剪切”有机蒙脱土，以免产生团聚现象。最好使用分散混合螺杆元件。过热会导致产品性能下降和形成气味。过度加热可能会导致在模口产生烟雾，挤出机中的超高剪切速率也会导致再团聚和性能下降。

为达到更好的分散效果，建议电缆料企业、阻隔包装、增强耐热改性企业制作30-50%有机蒙脱土母粒，与塑料颗粒掺混使用。可以采用先密炼再双螺杆分散，或者侧喂料分散方式制作母料，并适当添加接枝相容剂和分散助剂。