膨润土在橡胶中的应用

膨润土（Benlonite）又名皂土、陶土、白泥，是一种主要由蒙脱石类矿物组成的粘土。蒙脱石为含水铝硅酸盐矿物，它的矿物层间带有负电荷，能吸收Ca2+、Mg2+、K+、Na+等阳离子，并具有阳离子交换性质，又被称为天然纳米材料、万用粘土。我国的膨润土资源极为丰富，遍布26个省市，储量世界第一。目前我国膨润土发展较快，应用已达24个领域。2003年我国膨润土年产量已超过290万吨，预计2004年我国膨润土年产量将超过310万吨。在铸造行业、钻井泥浆、铁矿球团、干燥剂、污水处理、建筑工程防水材料、涂料等7种行业需求用量较大。但随着有机膨润土（改性膨润土）、纳米（有机）膨润土得到橡胶企业的认同和欢迎，膨润土在橡胶领域的应用越来越多，市场潜力巨大。根据统计数字，我国2002年橡胶填料用量为：炭黑107万吨，白炭黑10万吨，陶土21万吨，碳酸钙9万吨，其他填料28万吨，分别为世界用量的15.6%、14.7%、15.6%、15%、97%；预计到2005年为：炭黑112万吨，白炭黑11万吨，陶土22万吨，碳酸钙10万吨，其他填料29万吨；2010年将增长为：炭黑134万吨，白炭黑13万吨，陶土27万吨，碳酸钙12万吨，其他填料35万吨。1 膨润土在橡胶中的应用　　膨润土具有吸湿性，能吸附8～15倍于本体积的水量。吸水后膨胀，能膨胀数倍，可达30余倍。膨润土和橡胶等有机胶结材料可组成最大膨胀率为250%-500%的遇水膨胀橡胶，该遇水膨胀橡胶可制成水膨性止水条等防水材料，将这种材料设置于混凝土施工缝时，遇水即发生膨胀，起到吸水止水的作用。上海隧桥特种橡胶厂和潍坊恒泰建材有限公司都已有遇水膨胀橡胶、橡胶止水带系列产品，用于隧道、水库、大坝、高层等地下工程、基础工程中的变形缝、施工缝、沉降缝等的防水密封，用于各种机械、电器、水下设备的接缝密封。目前最常用的橡胶止水带胶种为氯丁橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶。　　膨润土可以直接添加到橡胶里，使橡胶具有阻燃、绝缘、耐磨的特性。文具橡皮擦中也添加有膨润土。2 改性膨润土在橡胶中的应用　　一般地说，改性膨润土（有机膨润土、胺化膨润土）是将钠基膨润土加入有机季胺盐的乙二醇溶液中，经高速搅拌、置换反应而成。改性膨润土是用作轮胎、胶板等橡胶制品优良的活性或功能性填料，可提高橡胶制品的性能，降低橡胶制品的成本，提高橡胶与帘子线的粘接强度和胶料的加工性能。改性膨润土用作橡胶填料，是国际上八十年代新技术，原独联体、美、英等国家广泛应用。改性膨润土最早是由吉林化学工业公司研究院开发成功，产品在桦甸、吉林、长春、黑龙江等地的轮胎厂进行试用，效果显著，不仅轮胎使用寿命延长，轮胎生产成本也大大降低。此后，浙江的丰虹、华特开发出有机膨润土及超细/纳米有机膨润土，为有机膨润土（也叫改性膨润土）的应用提供原料的保障。超细改性膨润土对EPDM无卤阻燃胶料性能的影响[J] .橡胶工业, 2003,50（5）:290-291。3 纳米膨润土在橡胶中的应用　　蒙脱土（Montmorillonite）是属于蒙脱土族的矿物，蒙脱土族矿物共发现11个，他们是滑间皂土、贝得土、锂皂土、蒙脱土、钠脱土、皂土、锌皂土、斯皂土、锂蒙脱土、铬蒙脱土和铜蒙脱土等，但从内部结构来讲可分为蒙脱土亚族（二八面体）与皂土亚族（三八面体）。蒙脱土是典型的层状硅酸盐矿物之一，但是与其他层状硅酸盐矿物不同之点是层与层之间空隙特别大，这样就可在层与层中含有不定数量的水分子及交换性阳离子。通过衍射仪慢速扫描的试验结果表明蒙脱土的粒度已接近纳米级，是天然纳米材料 。纳米级蒙脱土自然界很难找到这样的原矿，需要提纯获得。制备纳米级蒙脱土的膨润土，应是蒙脱石含量>95%。纳米级有机膨润土蒙脱土，要求膨润土蒙脱石纯度在98%以上。　　 纳米级有机膨润土在橡胶中应用主要用于橡胶制品的纳米改性，改善其气密性，定伸引力和耐磨性、防腐性、耐侯性、耐化学性。聚氨酯弹性体／蒙脱土纳米复合材料、三元乙丙橡胶／蒙脱土纳米复合材料都得到很好的研究。4 膨润土下游产品白炭黑在橡胶中的应用　　以膨润土为主要原料生产白炭黑生产工艺新颖先进，流程合理，低能耗，原料价格低廉易得，是国家鼓励开发的国家级重点新产品。用膨润土制备白炭黑能耗只为沉淀法（酸中和水玻璃）的1/5，原材料消耗成本只为沉淀法的1/3，与沉淀法生产的白炭黑相比每吨成本约低1000 -2000元左右。低成本的白炭黑为白炭黑用于彩色、浅色橡胶制品的补强提供了价格优势。同时膨润土制备出的白炭黑无疑还是白炭黑/膨润土复合填料，具有着白炭黑、膨润土各自的功能性，可极大地开拓橡胶制品的彩色、浅色化的应用领域。