膨润土

蒙脱石（膨润土）是典型的2:1型含结晶水的层状硅酸盐矿物，由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝（镁）氧（氢氧）八面体片，这一特殊的微细晶体结构决定蒙脱石（膨润土）具有高分散性、悬浮性、膨润性、粘结性、吸附性、阳离子交换性等许多优良特性，被誉为"千种用途矿物"。但蒙脱石（膨润土）颜色一般因含铁量变化呈浅灰、浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑色等，浅色或白色的蒙脱石（膨润土）很少。因此，白膨润土的用途更加广泛。高白蒙脱石（膨润土）在涂料中的应用高白蒙脱石（膨润土）用于涂料的产品一般是无机凝胶、锂基膨润土、白膨润土。

1 蒙脱石无机凝胶在涂料中的应用

蒙脱石无机凝胶是天然硅铝镁酸盐增稠流变剂，是最有商业用途的无机高分子类增稠剂，白色，无毒，无刺激性，在水体系中具极大的成胶性能，稠度一般随着浓度的增加而迅速增大随后趋于平缓，流变形态为触变性。除具增稠性能外，在体系中还有稳定乳液、悬浮作用。其优点有：胶体性能好，分散于水体系中能水化膨胀形成"半透明-透明"的触变性凝胶(不受温度限制)；与酸、碱，盐的相容性好：水化后的凝胶中添加少量酸、碱、盐不会变稀或絮凝，胶体稳定性好，可在PH5-12范围内添加复配；高悬浮性：能使密度较高的矿物质、盐和有机物悬浮在水中；具有阳离子交换性能和吸附性能，能与脂肪胺和季胺盐等反应达到有机化，使胶体体系具备各所需要的各种物理性能，能吸附香精、色素、颜料或酶制剂；对水包油及油包水体系有较好的稳定性能，同时具有优良的展布性和成膜性；与有机阴离子胶体

有较好的相容和复配性，能起很大增稠作用；与醇类及高极性溶剂（甘油、山梨醇等）的相容性好；触变性好，高剪切低黏度，低剪切黏度高。蒙脱石无机凝胶在涂料中应用具有明显的增稠、悬浮防沉作用和改善涂料的流平性。蒙脱石无机凝胶可以预制凝胶，也可干粉直接加入；可以单独使用，也可和CMC、PVA、HEC等配合使用。

一般蒙脱石无机凝胶在乳胶漆、沙浆漆、真石漆、复色花纹、颜料浆、水性油墨等涂料配方中的加量为0.2%~1.5%。目前，国内在涂料使用的蒙脱石无机凝胶多为国外的Laponite、Magnabrite和Veegum

系列产品。

2 锂基膨润土在高温涂料中的应用锂基膨润土是根据天然锂蒙脱石的结构性质改性合成的产品，其为层状含锂铝硅酸盐的白色固体粉状，既具有钠基膨润土浸水水化膨胀性能，又具有有机膨润土特性，在水和极性有机溶剂如乙醇、丙酮等中均能溶解成胶体或充分溶胀使涂料的粘度增强，或者形成立体网状结构，以支撑和阻止基料的下沉，从而提高涂料的悬浮稳定性能。同时该结构可因遇到外界较高剪切力而受到破坏，失去或减小剪切力则恢复，使涂料具有极好的触变性。适用于水基涂料、耐火基料涂料作增稠剂、悬浮稳定剂。其特点：①使用范围广，可适用水基、醇基以及其它极性溶剂制作的涂料中，具有一定的湿态、干态粘结性；②涂料发气量低，触变性及涂挂性能好，涂料粘度稳定，不易沉淀，储存期长；③添加量少（根据涂料比重，一般用量1-2%，做醇基快干涂料时，其加量为耐火材料的2-4%）。

我国钙基膨润土改性工艺简述

张克勤1

何纶2

曾致翚1

李红梅1

孙雷1

（1. 北京石油勘探研究院；2. 四川石油管理局；）

摘要：我国从1981年开始注意钻井液配浆用土的考查，原石油部及地矿部均开展了专用于石油钻井用的膨润土研制工作，通过选矿、改性等工艺已基本满足我国石油钻井的需要，在改性工艺上虽然大同小异但也有某些独到之处，如原地矿部研究的人工钠化技术。近年来我国土矿点又多有新的发展,本文简述了我国大多数膨润土厂的改造工艺。

一、 膨润土简介

（一） 概述

膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土矿物，最早在1847年由DAMOVY A.A 和SalkerTaTD 两人在法国MPNTMORILLON 城发现蒐集。后来由LE CnaTeLierH 进行了研究，并用4SiO 2·Al 2O 3·H 2O 正式命名这种粘土矿物的组成为蒙脱石。目前对膨润土的定义是：含有蒙脱石大于80%的一种纯净的优质粘土。商业上又有“搬土” 、“斑脱岩”等名称。

蒙脱石是膨胀性2：1层状粘土，也是蒙脱石族粘土矿物的重要成员，它是膨润土的主要成分，也是某些页岩的活性成分。因其重要性和埋藏普遍性而受到广泛研究。

蒙脱石的晶体结构可以由叶腊石和滑石的原型结构中引申出来，两者结构上的主要差别是：叶腊石中没有晶格取代（同形置换）现象。而蒙脱石中的同形置换几乎全部发生在八面

体中，有少部分Al 3+被Mg 2+置换。此外四面体片中也有极少数的Si 4+被Al 3+

置换。这样低价正离子置换高价正离子，造成晶体出现正电荷亏损，换句话说叫负电荷过剩。这种过剩的负电荷由吸附在晶层表面的阳离子来中和，这些阳离子太大（大于2.8Å），在晶体内部无法容纳，只好吸附在晶层表面上。

当蒙脱石分散在水中时，晶层表面吸附的阳离子可与溶液中存在的其他阳离子进行离子交换，因此把他们叫做“可交换阳离子”。可交换阳离子的总量称为粘土的“阳离子交换容量”（C.E.C ），其值可用分析法测定，单位用每100g 干粘土的毫克当量数表示。

因为蒙脱石是膨胀性粘土，能产生层间膨胀，所以单位层表面的所有吸附的阳离子都能参加离子交换。因此CEC 可以作为同形置换程度的量度，或者说蒙脱石的CEC 的大小，表示其因同形置换而带负电荷的多少。显然，如果被吸附的阳离子不能全部参加离子交换如伊利石，则其CEC 就不能代表同形置换的程度，一般说来，粘土矿物的同形置换可用“单细胞电荷数”来量度。

CEC 约为90毫克当量/100g 干粘土的典型蒙脱石的化学式为

(Si 8 )(Al 3.38 M 0.67 )(OH)1V

V1

204

M 0.67

式中：M 代表单价交换性阳离子；右上角的1V 和V1分别为四面体和八面体的配位数，根据化学式，这种蒙脱石的单胞电荷数为0.67。

在形成蒙脱石颗粒的叠层中，交换性阳离子位于晶层的两边；这些阳离子的存在，使得

底面间距比叶腊石的底面间距略为增大，大约从9.13Å增加到9.6Å（干粘土），如果当补偿阳离子更大时，增加得还要大些。叶腊石和蒙脱石之间在底面间距上的相差比补偿离子的直径小得多。显然，这些阳离子部分陷入了四面体的空穴中。