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硅酸镁铝在工程塑料、涂料、防渗水泥砂浆中的应用
 
 
硅酸镁铝在工程塑料、涂料、防渗水泥砂浆中的应用
指导书
 
      硅酸镁铝具有片层状纳米结构,在通用塑料、工程塑料中用作纳米插层材料(又称纳米复合材料nanocomposites),可以大幅提高通用塑料、工程塑料的力学性能;在水基涂料中可以用作悬浮剂、胶体稳定剂,改善水基涂料的储存稳定性和流变、触变性能,便于储运和施工,并且在涂料树脂中,能够起到纳米插层材料的功能,有利于提高涂料的耐候性和抗老化性能;硅酸镁铝添加于水泥砂浆中,由于硅酸镁铝吸水膨胀的性能,可以提高水泥砂浆的抗渗性。
问:硅酸镁铝作为纳米插层材料(纳米复合材料nanocomposites)的添加组分,应用于通用塑料、工程塑料中改善其综合性能,其作用机理是什么?
 
答:形象的比喻:
      高分子材料在可以看作由微观上无数条曲折、互穿的线段(高分子链)堆积而成的宏观堆积体,当受到拉伸时,微观线段的曲折部分受力会沿拉伸方向伸直,线段之间一般是分子间的吸引力(如范德华力),但是部分线段先行受力拉伸到极限,就会随着继续拉伸而断裂,随着拉伸的继续,断裂的线段数量也增加,宏观堆积体的强度下降,最终在宏观上表现为纤维或物品(宏观堆积体)的拉伸断裂;
      当高分子材料添加硅酸镁铝(或膨润土、蒙脱土等)形成纳米插层材料时,可以在微观上看作在少数线段之间添加了许多夹子,大量的夹子可以使无数线段互相牵制,形成网状三维体型结构,使拉伸时受到的力量通过夹子的传递,变成线段堆积的三维体型结构的整体受力,因此其抗拉伸能力要比各个线段松散堆积时要强得多,从而使力学性能大幅提升;
    因此,在通用塑料、工程塑料中添加少量硅酸镁铝形成纳米插层材料(或称之为纳米复合材料nanocomposites),可以大幅提高模量和拉伸强度,并且改善耐候性和抗老化性能。
 
问:硅酸镁铝作为纳米插层材料(纳米复合材料nanocomposites)的添加组分,应用于通用塑料、工程塑料中改善其综合性能,其添加量应该是多少?
 
答:在工程塑料、通用塑料中添加硅酸镁铝(或膨润土、蒙脱土等)制备纳米插层材料,硅酸镁铝的添加量一般在2~5%之间。
 
问:制备纳米插层材料(又称纳米复合材料nanocomposites,是不是所有的改性膨润土或蒙脱土都适合?
 
答:在工程塑料、通用塑料中添加硅酸镁铝(或膨润土、蒙脱土等)制备纳米插层材料(纳米复合材料nanocomposites),一般的加工温度较高,如尼龙6系列的加工温度就达到160℃以上。
天然蒙脱土、膨润土均有层状结构,并且含有较多杂质,一般均经过改性、提纯以增加其解理程度,以提高在纳米插层材料中的分散性和均匀性。目前,对天然膨润土、蒙脱土的改性方法主要可以分为两大类:无机改性和有机改性。
(1)、无机改性
      以增加其解理程度的无机改性方法和工艺,主要是钠基改性;钠基改性的膨润土制备工艺又可以区分为干法和湿法;
(i)干法
      主要有采用Na2CO3、NaF、NaCl等药剂,以添加少量水(或不添加干混)与天然膨润土、蒙脱土混合挤压造粒、烘干、粉碎的方式制备;其特定是工艺简单、生产成本低,但是存在蒙脱石的层状结构解理不充分、天然膨润土中所含的杂质无法脱除、产物改性不均匀(有的发生离子交换反应、大部分没有发生离子交换反应)、每批产品性能一致性较差等缺陷;
(ii)湿法
      主要有采用Na2C2O4Na2CO3、NaF、NaCl等药剂,在水分散浆液中充分交换反应,将主要以钙基蒙脱土为主的天然膨润土改性为钠基膨润土,期间经过制浆、反应、离心除杂、烘干、粉碎等工艺;其特点是所得产品层状解理比较充分、除去大部分杂质、产品性能稳定,但是工艺路线较长,生产成本高。
(2)、有机改性
      一般采用钠基为主的天然膨润土或已经改性的钠基膨润土,液相中添加季铵盐阳离子表面活性剂,充分混合,使层状结构进一步解理,经烘干粉碎制成的产品。其特点是层间解理程度大,但是成本高,产品中的无机杂质含量取决于所采用的钠基膨润土(或蒙脱土)原料的杂质含量。
 
    由于树脂、塑料的加工过程中(如双螺杆熔融共混造粒),一般需要一定的加工温度,有机季铵盐在130140就会出现分解,有大量气味难闻的小分子有机胺产生,并且在塑料或树脂颗粒中产生很多微小气泡(俗称 “鱼眼”)导致树脂或塑料的整体性能下降。
 
      因此,凡是加工工艺涉及熔融共混或加温过程(并且加工温度或产品最终使用温度超过130)的树脂、塑料,在制备纳米插层材料(纳米复合材料nanocomposites)过程中,不宜采用季铵盐改性的有机膨润土(或蒙脱土);宜采用解理充分的无机改性的硅酸镁铝(钠基膨润土或蒙脱土等)
 
问:采用无机改性的硅酸镁铝(钠基改性膨润土或蒙脱土)制备纳米插层材料(又称纳米复合材料nanocomposites,在加工工艺上的注意事项是什么?
解理充分的无机改性的硅酸镁铝(钠基改性膨润土或蒙脱土),有巨大的比表面积,易吸附空气中的水分和气体,在使用前,最好在110~120℃烘干1小时左右,以除去吸附的气体,就像尼龙粒料在加工前需要烘干一样;至于实际操作中的烘干温度和时间,可以按照需干燥的改性膨润土或蒙脱土的数量、烘干托盘上的装料厚度进行灵活调整。
 
问:涂料中使用何种硅酸镁铝(钠基膨润土或蒙脱土等)合适?
答:涂料分水性涂料和油性涂料。
      在油性涂料中,以有机改性的膨润土相容性和分散性较好,宜采用有机膨润土
      在水性涂料中,无机改性的硅酸镁铝(钠基膨润土或蒙脱土等)、有机季铵盐阳离子表面活性剂改性的膨润土均可以使用,从成本和使用效果综合考虑,以采用解理充分的无机改性的硅酸镁铝(钠基膨润土或蒙脱土等)为宜,因为充分解理的硅酸镁铝(钠基膨润土或蒙脱土等),在水体中具有良好的胶体稳定性、分散性、流变特性、悬浮性,并且成本低于有机改性的膨润土(季铵盐阳离子表面活性剂改性的膨润土)。
 
      针对不同用途,不同规格硅酸铝的选择规则
      针对不同用途,对硅酸镁铝的性能要求有不同的侧重面,本公司提供不同规格的硅酸镁铝以满足相应的需求,具体选择方案请参考不同应用领域所对应的不同规格硅酸铝的选择规则,详见图(6)、图(7);
其中:
      图(6):纳米插层材料/纳米复合材料——硅酸镁铝的型号选择示意图;
      图(7);防渗水泥砂浆——硅酸镁铝的型号选择示意图;
 
 
 
 
 
 
 

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