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有机膨润土制作方法

澎 润 土 的 结构膨润 土,是 以 蒙脱 石 为 主 要 成分 的 含水 铝 硅酸盐粘 土 矿物所 组成.蒙 脱 石 属 于2:1 型 层 状 硅 酸盐, 结构单 元层 是由 两 个硅 讯 四 面体 层 ( 以T表 示 ) 中 间夹 一 个铝 载八面 体 层 ( 以0表 示 ) 组 成的,两 层公 用的原 子 是氧,即 蒙脱 石 是结 构单元为T o T的 三 层 粘 土 扩 物.其中,T O T结 构单 元 在a和b 的 结 晶方向是 无 限延 伸, 在c轴方向 上 是按顺 序堆 积.由 于 邻 近 单元 的 叙 层是毗连 的,形 成的 键 较弱,因 此水 和其 他 极 性 分 子 可 以 进入 这些单 元 层间,从 而 引 起 沿。轴 方 向 的 结 构膨胀。在 蒙脱 石 的 硅 载 四 面 体 中,三价的铝有时 可 以 替 换 部 分 四 价 的硅, 铝 氧 八面 体中 ,较 低 价 的 镁、铁、理、锌等离子可 以 里 换 部 分 铝,发生同 晶 里 换 现 象,产 生过剩的 负 电 荷,而 且 是 一 永 久 负 电 荷,不 受 外 界 条件 (p H值 ) 的 影 响.这 一 负电 荷除 内部 补 偿外,主 要 靠静 电引 力 通 过 晶层 底 面 吸 附 其 他 阳 离子 ( 恤 卜、M g` +、K +、Na +、H +、L i + 等 ) 达 到 平衡。被 吸 附 的 阳 离子 在 溶 液 中 遇 到其他 阳 离 子时,又 可 以 等 当 t 地 被盆 换 出 来,所 以又 称作可 交换 性 阳离子`各离 子的交换 容盆 是不同 的,据 此 可 以 将 膨 润 土 进 行分类.定义 减 性 系 数:K ~EN 一 ++ EK+E 夕 + + E 均 计’其 中 £ 基 表 示 阳 离 子 的交 换容t, 单位为 奄 克当 t/ 1 0。克干膨润 土.规 定:K < 1 的 膨 润土 为 钙 羞膨 润土,K > 1 的膨润 土 为钠甚 珍 润土。L Z份润 土的改 型由 于 举 润 土 结 构 单 元层 具有永久 负电 性,有 机 物 中 阳 离 子 容 易 靠近, 发 生 物理 吸 附 .同时, 膨润土 结构 单 元层 中 阳 离 子 具有可 交 换性 , l与 有 机物 中 阳 离 子 可 发 生离 子交 换吸 附, 形 成结合 稳定的 有 机膨 润土.可文 换 性 阳 离子参 加 这 一 文换 过程的先后顺 序 为:N 。 > K > M g > ca >.H节夫里 离 子序为:iL > Na>K >N H一 >M g > C a > S r > a B > l A > H.从 象 脱 石 中 M g、e。、s r、`、N a和 N H`参 加 交 换时自由 能 和 热 始的变化中,人 打 发 现 二 价阳 离 子 被极 化度更高的有机 阳 离子里换,导致婉减 少,而 热 怡的变化 也 与 极 化度有关。在 结 构 上,钠 墓 膨 润 土 层 间 结合 力 较弱,遇 水引 起 溶 胀 的 体 积 比原 来干 固 体大 1 0 ~ 2 0 倍,有利 于 有、机 阳 离 子进入 层 间发生 离 子交 换.而 钙 甚 膨 润土膨 胀 容较低, 难 以 提供足 够 的 层 空 间.因 此, 选用钠墓膨润 土 易 于 制备 有机 膨 润土.我国 膨 润 土 多 以 钙羞 为 主, 可 先 将其 转化 为 钠 荃 ,然 后进 行有 机 改 性.钠 化改 型 处 理即 用一 定盈 的 钠盐 如Na Z C O :加 到 钙 荃膨 润 土 中,使其 充 分反 应,实 现N +a与原 蒙 脱 石 层 间 c 护+的呈换。改 必 研 究 表 明,人 工 钠 墓 土 的 犷 物成分;物理化 学 性 能 及 工 业应 用 性能 均 优 于 夭然 钠 基 土,是侧 备 有机膨 润 土 的 理想原 料。1.3材 机 脚 润土 的 翻 奋机 理 与 方法形 润 土 表 面为高能表面, 枯土结 构单元 层 对外 显 负 电 性,具 有 `定 t 的 可交换性 阳 离子 ( N 犷 ),因此 可 选 用季按盐 类 阳 离 子 表 面活 性荆 作 改 性荆.改 性 荆 与 脚润 土 ( e Bn-ot i n e t ) 发 生 离子交 换:Na 一氏。 t o ni e t+ [ R :稀:- N 一 R!R -:〕+M-R ,一〔 Rl e e击研:〕二 一、o n t n; t eR .十 Na 十 M 一由此 在 蒙 脱 石 结 构 中 引 入了 亲油 性 有机 签 团,反 应在水 溶 液 中 进行,形成 一 种 液 一 固 体 系。在 液 相 中,表 面 活 性 剂 超出一定浓 度 时, 会 以 单 体( 单 个 离 子 或 分子 ) 的 形 式 绮合 成 胶态聚 集物,形 成胶 团, 溶液 性 质 发 生 突 变 .其此 时 的 《 中 外 技术 情 报 》 195 9 年第1 2期浓 度被称为“临界胶 团 浓 度”,简 称C M C.C M C 越小,表朋 表 面 活 性 荆形成 胶 团 的浓 度愈低,达 到 饱 和 吸附 的浓 度 也 越 小,即 表 面 活 性 越 大,越 能 有 效地 降 低 溶液的 表 面 张 力`;此 时,若有 高表 面 能 的固 体 介质 存 在于 液 一 固 体 系 中,表 面 活 性剂因在 其 界 面 富集 而 更 易 于 吸 附`离 子 交 换 吸 附 能否 充 分 进行,主 要取决 于 表 面活 性 荆 对 娜 液 性质 的 改善 程 度,即 表 面 张 力 的 降 低 祖 度 及原 料 本身 的 性 能,由 此 可 采 用多 种方 法,降低 表面 活 性 荆 季 按 盐 溶 液 的C M C,提高溶 液 的 表面 活 性,改 善 有 机 膨润土合成 环 境,以 达 到 制备 高质 t 有机澎润土之 目 的。. 1 . 3 1 月 单 一 卒 俄 盆 改 性季按 盆 的 通 式 为:若表 面 活 性剂 种类搭 配 不 当 ( 如 品种或 混 合 比 例选择 不 合理 ),也会 出现 性能变劣的 情 况。较好的 复 配 方式 如下:一( a )用两 种 或 两 种 以 上 季 按 盐吃复 配 幸`b() 月 以 季 会 盆 为 主、加 入 少 量阴离子表面 活 炸 封 复 配, -阴·阳 离 子 表 面 活性 荆 在溶 液中 棍 合, 在 适 当 条件 下 能 增强 单 一表 面 活 性剂 的 表 两 活性.这 是 它 们在 溶液中 相 互 作 角 的 结 来,除碳 鱿链 的 相 互 作 用 外, 还 有 正 、负电荷 间的一引力,这 就 大 大 促 进 了 两 种 离子向 的 缔 合.于 是,有 机 改 性 效 果更好.c (拥 以 季 按 盐 为 主、添 加少童特 殊 突 垫表 面 活 性 剂如 硅 烧 偶 联 剂等复 配.偶联荆是 一 种 增 加 无 机 物与有机聚 合 物 之 间亲合力、且具有 两 性结 构 的 物 质.偶 联剂在 无机 物 和聚’合 物 之 间,通过物 理缠绕, 或 某种 化学反 应形成牢固 的 化 学键,使 两 种性 质 不 大 相同的材料紧密 结合起`来。将少盈 偶 联 剂 加到 季按盐 溶 液卿 可提 高 溶 液 的表 面 活 性,赋 予 有机 土 优异性 能.在 采用 表 面活 性荆复 配 改性 的同 时,还可 衅 添加 改 性 助 剂·例如, 在表 面活 性 剂 溶 稼 中 加 与 表 面活 性 剂 有 柑 同 离子 的无 机 盐 时,会使 反 离子 浓 度 增 大,减 小 表 面 活 性剂离子 胶 团 的 扩散 双 电 层 平均厚度,使 胶 团 较 易 形 成,C M C降 低,表面 张 力 大 大 下 降,改 善 制 备有 机 膨润 土 的 环境.制备有 机 磨 润土的工 艺 流 程 如一 下:一洗 涤 一 干 嫌 一 一 有机 海 润 土〔 R:编 研,〕 + M 一,设;R 墓 团 应能提 供 足够 的 亲 油性.一般,R墓 团 碳 戴链 越 长,亲 油 性 越强,C M c相应 越小,溶准 窦顶 活 住增强,在 固 体表 面 吸 附 更 完 全.为了充 分利 用 抉 脱 石 的交 换位 盆,R 最好采用 各种 不 同 大 小碳 链 混 合 的 甚团.阴离子 M一可 以 是C 犷、B r一 和N O: 一。作有机改 性 的季 按 盐 常 选 用:[ el 。H。 了N ( e 氏 ) :]+口一. ,〔 RZ N( e Hs) : 〕 + e l 一 ( R 为 2 2、14 叔 6 和 2 5烷 基),[ Cl。H: :N ( C H:):( C6 H 。·C H:) 〕 + C I 一 等.1.. 3 2 用 复 配 方 式 改 性种类 相 同或 不 同 的 表 面活 性 剂复 配 物 的性能 之 所 以 优 于 复配物 中任 一 组份,是因为增 效作 用 ( 或 协 同作 用 ) 致 使表 面 活 性 剂离 开 水 而 吸附 于 固 体 表 面 上 的 趋势,大 于 单 一组 份, 有 机 化 反应更 加 完 善.当 然,2有 机 澎润 土 的 应 用有机膨 润土 以 极 薄 的 片 状 分散于 有 机 溶 荆 中, 并 通 过层阿端 部 与端 部 的 氢键 形成 兰 维 网 状 结 构,发挥增 稠,触 变 等 功 效。它 在 各 种 有机液体 中 经 搅拌 就 会膨 胀 分 散; 若 置于 低级的 乙 醇、甲 酮 等 单 系极 性 溶剂 中,膨 胀 性 质就 会 降 低, 但 在 含碳氢的 非 极性 或 极 性 小 的有 机 液 体 中掺 加少量 极性 溶荆,就会 有 极 高 的溶 剂效应.因 此,甲 阵、丙 阴、丙烯碳艘 盆 等 都 可 用 作有 机 膨 润土 的溶剂效 应 促 进 荆.提 高 温 度或 施 加机 械搅 拌, 会获褥 更 佳 锥 剂 效应.有 机 膨润 土 溶 剂 化 特 性属 子 触 变 塑 性 流动.如果 提 高有 机 膨 润 土的 浓 度,就会 失去 流 动 性, 变成 凝 胶 ,即 使再 提高 这种凝胶 的温 度,也不 誉再变 成溶 成。有 机 膨 润土 可 用 于 涂 料、印 朝油 墨、润 滑 脂、染料、化妆 品 等 的 制备,改善 产 品的 性 能.以 润 滑脂为例,以 有 机膨 润 土 代 替 金属 皂 制备的 润滑 脂,是 一 种 耐 热、耐水、耐 药剂性 能 良 好,摩 擦 系 数小,油 膜 强 度高的 润 滑 脂.这 种 润滑 脂的粒 度 相当 微小, 有良好的 附着性能,即 使 金属表 面 毛 极徽 小 的 凹凸 不 平 处 也 能被 其填 充.沮 度 变 化 时, 添 加 有 机土的 润 滑 脂 褥 度变 化 小,可作高 温 润滑 脂 使 用.勺有 机 膨 润土 在 我 国 的 应 用 开发正 处于 起步阶 段,许多 角 途 还 有 待进 一 步 试 肇.但 必 须 肯 梢 的是,用 普通 膨 润 土改性 制备 的 有 机 膨 润 土,能 大大 拓 展膨 润 土 的应用 领 域,提高产 品 档次。、澎 润 土 原 矿 一 分 级 一 恶 浮本 文收 到 日 期1 9 95 年 9 月 3 日。液 一 离,味纯 些些进凡 改 型进 亘 创丝 些,有 机 文 换一过 游
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