蒙脱土的主要特性以及在涂料中的应用

蒙脱土的重要特性以及在涂料中的应用

（蒙脱土）（MMT）是一种纳米厚度的硅酸盐片层构成的粘土，其

基本结构单元系两层硅氧四周体片中心夹一层铝氧八面体片构成的2∶1型层状结构，此结构单元层之间以分子间力连接，比较松散，在外力或

极性水分子的作用下层间会产生相对运动而膨胀或剥离。铝氧八面体中

的Al3+可被Mg2+、Fe3+（Fe2+）、Zn2+等多种离子置换，硅氧四周体

中的Si4+也可被Al3+置换，但置换率较小。由于Al3+置换Si4+，使得MMT晶体结构带负电荷，为达到电价平衡，MMT晶胞会吸附交换性阳离

子（如Li+、K+、Na+、Ca2+等），使其位于单元层之间。另外，在八面体片中OH—置换O2—也会补偿晶格中的负电荷。因此，MMT类矿物有吸附阳离子和极性有机分子的本领。由于MMT的层间结构松散，水分子或

其他有机分子可以进入层间，所以造成了MMT的吸水膨胀性、高分散性、吸附性等，也是MMT易造浆、活化、有机化和改型等的原因所在。

1蒙脱土特性

MMT由于其特别的晶体结构而具有较好的吸水膨胀性、分散悬浮性、触变性、粘结性、可塑性、离子交换性、有机物吸附性、稳定性等性能。

1.1吸水膨胀性

MMT具有吸湿性，能吸附8～15倍于本身体积的水量。吸水后能膨胀，膨胀倍数是自身原体积的30余倍。MMT的吸水作用有肯定限度，所吸的水分子层（即水化膜）达到肯定厚度并分布均匀时，吸水量达到平衡，若此平衡被破坏即失水后，吸水膨胀性能又得以恢复。

1.2分散悬浮性

MMT以胶体分散状态存在于溶液中。MMT矿物颗粒细小，它的单位

晶层之间易分别，水分子易进入晶层与晶层之间，充分水化后以溶胶形

式悬浮于水溶液中。

1.3触变性

MMT结构中的OH在静置的介质中会产生氢键，使之成为均匀的胶体，并且有肯定的粘度。当在外界剪切力存在下进行搅拌时，氢键破坏，粘度降低，所以在搅动时MMT悬浮液表现为流动性很好的溶胶液；停止

外加搅动就会自行排列成具有立体网状结构的凝胶，并不发生沉降分层

和有水离析；再施加外力搅动时，凝胶又快速被打破，恢复流动性。

1.4粘结性和可塑性

1.4.1粘结性

MMT与水混合具有粘结性，其源于多方面，如MMT亲水、颗粒细小、晶体表面电荷多样化、颗粒不规定、OH与水形成氢键。由多种聚附形式形成的溶胶，使MMT与水混合具有很大的粘结性。

1.4.2可塑性

MMT具有较好的可塑性，其可塑性水的百分含量大大高于高岭土和伊利土，而形变所需要的力则较其他粘土小。

1.5离子交换性

在MMT晶胞结构内，高价Si4+、Al3+可被低价阳离子同晶置换，

致使单位晶层中的电荷不平衡，显现过剩的负电荷，即MMT晶胞成为

“大负离子”。MMT晶胞所带负电荷一由八面体晶片中OH—置换O2—来补偿，一静电吸附一些低价阳离子来平衡，被吸附阳离子具有交换性。

1.6有机物吸附性

MMT中硅氧四周体或铝氧八面体中的Si4+或Al3+被其他低价离子

取代的晶格置换引起内部电荷不平衡，形成负电性吸附中心，从而具有

吸附各种阳离子和极性分子的本领，因此，MMT晶层间和晶胞表面能吸

附多种有机分子。

1.7稳定性

1.7.1热稳定性

MMT具有肯定的热稳定性，在受热诚况下仍具有肯定的阳离子交换本领和膨胀性能。

1.7.2化学稳定性

MMT不溶于一般的矿酸，氢氟酸是惟一能溶解硅酸盐的溶剂，MMT

在室温下不与碱、氧化剂、还原剂反应，具有较好的化学稳定性。

1.7.3溶解性

MMT的晶格骨架不溶于水，同晶置换在晶层底面的阳离子在水介质中具有亲水性，形成水化膜，同时作为交换剂的反离子可以溶解于水中。

1.8无毒性

MMT对人、畜、植物无毒害和腐蚀作用，对人体皮肤无刺激，对神经、呼吸系统无影响。

2蒙脱土在涂料中的应用

在涂料中应用MMT，可以改善其性能，例如可以提高涂料的隔绝性、阻燃性、耐热性、防腐性、抗菌性等性能。

2.1苯丙涂料

苯丙涂料（SA）是一种用苯乙烯改性的丙烯酸系共聚乳液涂料，

由于在共聚物中引入苯乙烯链段，提高了涂膜的耐水性、耐碱性、硬度

和抗污性。这种涂料可供水泥、砂浆、木材、混凝土底材的涂装，在乳

液涂料中占有很大的比例，但它的耐寒、耐水、耐热性较差，限制了其

使用范围。将SA与MMT复合，不但能提高SA的物理机械性能，而且由

于MMT的二维层间结构，SA的阻燃性也得到较大提高。

刘军辉等人先采纳十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对MMT有机化，制得有机蒙脱土（OMMT），再由乳液插层聚合法合成SA/OMMT涂料，SA

能够有效地插层到OMMT层间，层间距由1.55nm增大到4nm左右，且OMMT片层可以均匀地分散在SA共聚物中；OMMT不但能提高SA的粘度，加添SA的贮存稳定性，而且给与SA阻燃性，有效降低其热释放速率和

质量损失，在OMMT用量为2%时效果最好，制得的复合阻燃涂料是一种

安全、高效、环保的涂料，性能达到阻燃清漆国家标准的要求，为新型

阻燃涂料的讨论探究了一条新途径。

2.2聚合物水泥基涂料

聚合物水泥基涂料是由液体组分和固体组分构成的双组分水乳型

防水涂料，其中液体组分重要是聚合物乳液，并添加各种助剂，固体组

分则是无机粉料，水泥是其重要成分。

它是一种绿色环保型防水涂料，代表着防水材料的进展方向之一。聚合物水泥基涂料兼具无机和有机材料的优点，表现在既有水泥类凝胶

材料强度高、易于与潮湿基面粘结的特点，又有聚合物涂膜弹性大、防

水性好的特点，但也存在耐水性差、使用寿命短等缺点。

采纳MMT对聚合物水泥基涂料进行插层改性以形成纳米复合结构，可望对涂膜的力学性能、热性能、耐候性及耐水性加以改善。周虎、余

剑英等人通过乳液插层技术制备了OMMT插层改性丙烯酸酯乳液，并由

其制得丙烯酸酯乳液水泥基防水涂料，在OMMT用量为3%时，OMMT插层

改性可显著提高涂膜的力学性能（拉伸强度和断裂伸长率），显著改善

涂膜的耐水性能、耐热老化性能和耐紫外老化性能。另外，苑金生利用

当地的粉煤灰微珠和MMT研制开发了聚合物水泥基防水涂料，配方新奇

独特，该产品具有刚柔相济的特性，技术性能优异，达到国内同类产品

领先水平。

2.3抗菌性乳胶漆

抗菌性乳胶漆具有涂层细腻丰满、抗菌防霉、耐候等特点，它的

显现推动了建筑涂料的进展。目前，乳胶漆中添加的抗菌剂一般为金属

离子型无机抗菌剂或氧化物型无机抗菌剂。金属离子型无机抗菌剂重要

为银离子和锌离子抗菌剂，虽然银离子抗菌剂的抗菌效果优良，但是其

易变色的特点限制了它在乳胶漆中的广泛应用；而锌离子抗菌剂的抗菌

效果仅为银离子的1/100，需在乳胶漆中添加较多的抗菌剂才能达到抗

菌要求。