有機膨潤土是指用有機銨陽離子置換蒙脫石中的可交換陽離子，使其覆蓋于蒙脫石的表面，堵塞了水的吸附中心，使其失去吸水的作用，變成疏水親油的有機膨潤土絡合物，具有優良的分散、膨脹、吸附、黏結和觸變等特性，是涂料領域重要的功能性添加劑。
 

　　今天粉體技術網就與大家分享一下有機膨潤土的制備方法及其在涂料中的應用特性，以期大家對涂料用有機膨潤土有更好的了解。

01有機膨潤土的制備方法及影響因素

　　目前，有機膨潤土的制備方法主要分為：濕法、干法和預凝膠法。

（1）濕法
 

　　制漿：將膨潤土加水充分分散，并除去沙粒和雜質。為使膨潤土很好分散，可邊加料，邊攪拌，同時加入分散劑。
　　提純：如原土純度不夠，要進行提純。
　　改型或活化：為提高原土的陽離子交換容量，對于鈣基膨潤土和陽離子交換容量較低的鈉基膨潤土，必須首先進行改型處理。為了增強膨潤土與有機覆蓋劑的作用，在覆蓋之前，一般用無機酸或氫離子交換樹脂對膨潤土進行活化預處理。
　　有機覆蓋：將礦漿加熱到38-80℃，在不斷攪拌下，緩緩加入有機覆蓋劑，再連續攪拌30-60min，使其充分反應。
　　反應完畢，停止加熱和攪拌，將懸浮液洗滌過濾、干燥和打散解聚，即得有機膨潤土產品。
 
（2）干法
 

　　將含水量20%-30%的精選鈉基膨潤土與有機覆蓋劑直接混合，用專門的加熱混合器混合均勻，再加以擠壓，制成含有一定水分的有機膨潤土。
　　可將該含水有機膨潤土進一步干燥和打散解聚為粉狀產品，也可以將其直接分散于有機溶劑中，制成凝膠或乳膠體產品。
 
（3）預凝膠法
 

　　將粉碎后的原土進行分散制漿、改型提純，然后進行有機覆蓋。在有機覆蓋過程中，加入疏水有機溶劑（如礦物油），將疏水的有機膨潤土復合物萃取進入有機相，分離出水相，再蒸發除去殘留水分，直接制成膨潤土預凝膠。
 
（4）有機膨潤土質量影響因素

　　影響有機膨潤土質量的主要因素有膨潤土的質量（類型、純度、交換容量等），有機覆蓋劑的結構、用量、用法，制備工藝條件（礦漿濃度、反應溫度、反應時間等）。
　　原料：對于用于生產有機膨潤土的原料有較嚴格要求，其蒙脫石含量大于90%-95%，小于2μm粒級含量大于95%，層間可交換陽離子以Na+為主，層間電荷低，同晶置換有序度低，陽離子交換容量大于0.8mmoL/g的膨潤土適合制取有機土。
　　層間電荷高，同晶置換有序度高的蒙脫石，如切托型蒙脫石就不適于制取有機土。
　　介于低層間電荷和高層間電荷之間的蒙脫石，選用適當有機覆蓋劑和制備工藝，也可生產出質量較好的有機膨潤土。
　　有機覆蓋劑：有機覆蓋劑的結構、用量、用法直接影響有機膨潤土的質量。有機覆蓋劑的結構類型和碳鏈長度不同，親油性有明顯差別，因而直接影響有機膨潤土的應用性能和用途。有機銨鹽對蒙脫石的親和力與其相對分子質量有關，相對分子質量愈大，愈易為蒙脫石吸附，這是因為高級銨鹽除和蒙脫石的可交換陽離子交換反應外，還兼有分子吸附作用。
　　因此，制備有機膨潤土選用的季銨鹽，其長碳烷基碳原子數一般應大于12。
　　國外常用季銨鹽有以下幾種：雙十八銨鹽，如ODB-二甲基雙十八烷基芐基氯化按、OT-三甲基十八烷基氯化銨，其中以雙十八銨鹽的性能最佳。
　　目前，我國用的覆蓋劑一般是二甲基十八烷基芐基氯化鐵及三甲基十八烷基氯化銨等18個碳原子類銨化物。研究表明，混合使用兩種以上覆蓋劑，在某些性能和用途方面較使用單一覆蓋劑的效果要好。
　　穩定性和覆蓋劑用量：有機膨潤土懸浮液的穩定性和覆蓋劑用量有很大關系。當覆蓋劑用量和蒙脫石的陽離子交換容量相等時，可交換陽離子全部被有機銨鹽離子交換出來，此時懸浮液的黏度最大，如繼續增加有機覆蓋劑的用量，懸浮液黏度變小。
　　因此，覆蓋劑用量應適當，以滿足陽離子交換容量為原則，過大和過小都不能獲得最大的黏度值。
　　礦漿濃度：制備有機膨潤土時，礦漿濃度以膨潤土的充分分散為最佳，過高的濃度導致膨潤土分散不開，影響其與有機銨鹽離子的交換反應，過低的濃度雖有助于分散，但耗水量大，使生產成本增加。礦漿濃度一般為5%-7%。
　　溫度：是影響有機銨陽離子與膨潤土中可交換陽離子進行交換反應的重要因素，因此，溫度一定要適當。一般最佳溫度為65℃左右。
　　反應時間：一般與礦漿濃度、反應溫度等有關，從0.5h至數小時不等，最佳的反應時間最好在其他工藝條件已確定的基礎上通過試驗來確定。
 
（5）國內有機膨潤土生產企業

國內有機膨潤土生產企業（部分）：
（排名不分先后）
浙江青虹新材料有限公司
浙江華特新材料股份有限公司
浙江華特實業集團華特化工有限公司
浙江紅宇新材料有限公司
杭州西河化工有限公司
安吉縣宇宏粘土化工有限公司
浙江豐虹粘土化工有限公司
浙江安吉天龍有機膨潤土有限公司
臨安市青虹助劑化工廠
河北河間市榮呈有機膨潤土廠
福建鴻強有機膨潤土有限公司
鄭州市九州化工有限公司
淄博聯技化工有限公司
...

02有機膨潤土在涂料中的應用特性

　　在涂料中添加有機膨潤土，可使涂料具有防沉效果，能夠有效改善涂料的觸變性、流變性等涂刷性，增強涂膜的防腐性及耐水性，還可以節省成本。
　　
（1）有機膨潤土可使顏料分散均勻

　　由于有機膨潤土具有良好的觸變性，在涂料工業中能改變體系的流動性，增加體系的粘度，提高顏料的分散穩定性，改變填料的懸浮性能。
　　在涂料的制備過程中，將有機膨潤土與一些助劑配合使用，用于顏料濕潤分散，能獲得性能更加穩定的色漿。
　　在色漿的制備過程中，助劑的活性基團與有機膨潤土的基團共同吸附在顏料的表面，形成較厚的牢固吸附層產生熵斥力，使顏料粒子保持穩定的懸浮狀態，防止顏料分散體產生絮凝，從而減少了涂膜浮色、發花的可能性，并且提高了涂膜的光澤，耐擦洗性和耐侯性。

（2）有機膨潤土可作為涂料的防沉降劑

　　有機膨潤土在涂料中還有良好的防沉淀作用，增粘和防結皮作用。其片狀邊緣吸附著親油的長鏈有機物而和漆料有良好的親和性，同時分布其中的氧和氫氧基團能夠形成具有防沉效果的氫鍵，使涂料成為均勻的膠狀物并具有一定的粘度，進而起到阻止顏料沉降的作用。當在外界剪切力存在下進行攪拌時，氫鍵被破壞，粘度減弱，涂料又具有流動性。
 
（3）有機膨潤土可用作金屬的防腐助劑

　　由于膨潤土中的主要成分蒙脫石是層狀無機硅酸鹽粘土聚集體，其片狀晶體有很大的強度和剛度，可以在介質中起到增韌效果。因此，添加有機膨潤土的涂料具有耐腐蝕、耐磨、抗鹽水侵蝕、抗沖擊、抗熱、不易濕等特點。
 
（4）有機膨潤土可增加涂膜的耐水性

　　在防水涂料中，高速運動中的膨潤土膠粒與熱瀝青發生碰撞、切割，將瀝青破碎、膠化。已膠化的瀝青顆粒內的極性物質對膨潤土微粒發生吸附作用，使瀝青顆粒表面形成膠體水化膜，降低了瀝青與水的界面張力，阻止了瀝青顆粒重新凝聚，從而形成穩定的分散相，起到了乳化劑的作用。
　　在涂料介質中，蒙脫石將有機分子連接成立體網狀結構，均勻分散于體系中，使之具有良好的懸浮性和防沉作用；且這種蒙脫石有機復合物一旦生成后不可逆轉，失水后成為疏水性物質，因而增加了涂膜的耐水性。
 
結語

　　值得注意的是，由于各地膨潤土的性能差異，或即使是同一礦區的膨潤土質量也不盡相同，故制備的有機膨潤土加入涂料中易引起質量不穩定；另外，有機膨潤土對各種不同溶劑有適應性，在不同的溶劑中增稠性能差異很大。
　　因此，有機膨潤土生產企業應用加強工藝、設備及質量控制方面的研究，并與涂料用戶密切溝通聯系，深入了解涂料用有機膨潤土的特性和需要，以更好的滿足市場的個性化需求，推動有機膨潤土與涂料行業雙贏發展。
 
來源：非金屬礦加工技術與應用手冊，作者：鄭水林、袁繼祖，冶金工業出版；有機膨潤土的制備方法及其在涂料中的應用效果，作者：代斌等；
編輯整理：粉體技術網
 

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 2018年12月2日-4日 廣州

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