纳米膨润土（蒙脱土）在橡胶中的应用 2020-10-09
纳米复合材料是指粉体分散相至少一维尺寸介于1 nm～100 nm之复合材料。除了球状粒径小之粉体外，高长径比(Aspect ratio)之层状补强结构更受到全世界高分子工业瞩目，层状材料经剥离分散后可充分发挥分子层级之结构特性。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，它们是滑间皂土、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、耐候性、耐化学性。通过加入少量(如3%-5%)的纳米蒙脱土，可以使橡胶的强度、伸长率等性能大幅度提高，有的性能可提高数倍，可替代目前的白碳黑，甚至彻底取代传统的碳黑及其它填料，大大减少或根除污染，将是二十一世纪橡胶工业的一场革命。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需要得到很好的研究，纳米复合物不仅比传统添加剂重量轻，而且主要改善了橡胶在硬度、阻燃、阻气方面的性能。
株洲某新材料公司对所承担的轨道交通减震用高性能复合弹性结构材料的研究项目，进行了橡胶/蒙脱土纳米复合技术和炭黑、白炭黑表面接枝技术的研究，使硫化天然橡胶的力学性能达到拉伸强度>30Mpa。聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育运动场地铺装材料也得到了很好的研究。纳米级有机膨润土还可以制成纳米级有机膨润土——聚合物浓缩母料(改质而容易分散之商品)用于橡胶及弹性体制品中，可加速纳米热塑性弹性体之开发。目前，尼龙6/纳米蒙脱土复合材料、PP/纳米蒙脱土复合材料、PET/纳米蒙脱土复合材料已成熟，尼龙6/纳米蒙脱土复合材料、PP/纳米蒙脱土复合材料、PET/纳米蒙脱土复合材料与弹性体混合分散后，可以得到热塑性弹性体复合材料，继续衍生发展橡塑共混产品，取代部分传统热塑性弹性体材料。聚烯烃热塑性弹性体(TPO)具有优良的弹性体特性及方便的加工性能，使它作为传统需硫化橡胶之竞争换代品。这种TPO纳米复合材料具有高模数与轻量化(减轻约7~21%外观配件之重量)，也因为填充矿物量低于5%，所以兼具低温韧性，故适合于汽车应用上取代目前所用之较昂贵的工程塑料，在加工方面因为有较宽广的加工温度区间，所以可以缩短成型时间且成型压力较低，外观缺陷较少。
目前已经有多种规格商品广泛应用于汽车、电线电缆、建筑、家电、医疗器材等领域。特别用于汽车外装配件、保险杆与仪表板，其加工性如涂装性、模内涂色性、涂料接着性与涂装耐久性等，均与未填充矿物者性能相近似。。热塑性聚烯烃弹性体(TPO)是由橡胶(rubber)和聚烯烃(Polyolefin)构成，其橡胶成分常为乙烯丙烯橡胶(EPDM)或丁腈橡胶(NBR)或丁基橡胶(IIR);聚烯烃成分主要为聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)塑料。目前用得最多的是EPDM与PP之复合材料。
美国AMCOL International Corporation 的全资子公司―Nanocor公司就生产纳米蒙脱土-聚合物母胶(masterbatches)等产品，与橡胶或弹性体复合后成为纳米黏土复合热塑性弹性体。目前Nanocor公司也已经与PolyOne Corporation缔结策略联盟，由PolyOne Corporation供应浓缩母料商品给厂商自行研发Polyolefins 或TPO、TPU 或SEBS或EVA 等产品添加使用。事实上还有其它各种热塑性弹性体可待开发。
目前无论纳米蒙脱土、纳米蒙脱土塑料或纳米蒙脱土-聚合物母胶(masterbatches)均已经有许多成功商品化产品，因此可利用这些新兴产品，结合橡胶或弹性体材料特性，来发展纳米热塑性弹性体，这对于国内橡胶产业来说，也是快速切入纳米科技应用的重要机会之一。
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