关键词膨润土建筑涂料填料防沉效果耐水性钠化改性改性作用机理

摘要 膨润土用作106建筑漆、仿瓷漆和乳胶漆的填料，具有明显的增稠作用，可减少粘结剂和颜料的用量，对涂料有明显的抗沉降、触变性和流变性等作用。提高了涂刷性能，增强了涂膜的耐水性。此外，还讨论了膨润土在涂料中的作用机理。

关键词 膨润土 建筑涂料 填料 抗沉降效果 耐水钠 改性机理

膨润土具有许多优良的性能，用途广泛。其与表面活性剂的反应产物有机膨润土是众所周知的涂料中的防沉剂和增稠剂。然而，在水性涂料中使用膨润土作为填料或添加剂是近年来的新发展[1-3]。近年来，由于我国房地产业的快速发展，建筑涂料用量剧增，涂料原材料价格上涨，成本上升，涂料市场竞争激烈，涂料行业已被提示寻找新的更便宜的材料来替代一些更昂贵的原材料。降低涂料成本，提高产品质量。膨润土是一种新开发的涂层材料。

1 膨润土的理化性质

膨润土是一种蒙脱土基粘土。蒙脱石是一种含水铝硅酸盐矿物，其矿物层之间带有负电荷，能吸附Ca2+、Mg2+、K+、Na+等阳离子，并具有阳离子交换性能。膨润土吸水后，蒙脱土的夹层沿C轴方向膨胀，钠膨润土分散在水中形成具有良好触变性的凝胶。

某地膨润土含蒙脱石50%～80%，还常见高岭石、埃洛石、水铝英石、绿泥石、水云母、长石、方石英、方解石等。伴生矿物沸石含量1%～20%。

2 实验与结果分析

2. 1 钙膨润土钠化

天然钙基膨润土的水化、溶胀、悬浮和流变性能远不及钠基膨润土，因此不适用于涂料。因此，钙基土壤必须先进行钠改性，其原理如下式所示：

Mont2Ca + Na2CO3 = Mont2Na2 + CaCO3

某钙基土壤的阳离子交换量CEC为60～100m·mol/100g，按上式计算Na2CO3的理论添加量约为3.2%～5.3%，但在实际应用中在湿法或干法改性中加入3%~4%。

本文采用湿法改性，严格控制条件以达到最佳钠化效果。

2. 2 PVA胶水的制备

本文中106种建筑漆、仿瓷漆和乳胶漆中使用的PVA胶水制备如下。

配方(%)：聚乙烯醇PVA10，盐酸0.5，甲醛4.0，尿素和氢氧化钠适量，水85。制备工艺：向反应釜中加水，启动搅拌器，升温至95℃，使PVA醇解完全，然后冷却并保持在70～80℃，缓慢加入盐酸，搅拌约20min，加入甲醛，加碱调至适当

pH值，加尿素进行胺化处理，备用。

2. 3 106 建筑涂料

106建筑涂料是以聚乙烯醇PVA为主要成膜材料的水性涂料，可用作建筑物的内外墙涂料。这种涂料的主要缺点是耐水性差，易掉粉。

添加膨润土的涂料配方为（%）：PVA1.5～3.0、轻质碳酸钙20～30、滑石粉3.0、膨润土2.0～ 8. 0 , 适量的添加剂。

涂层的性能测试结果见表1。

106建筑涂料添加膨润土后成本可降低85元/t，降低12%。

2. 4 仿瓷漆

仿瓷漆是以有机高分子化合物为结合剂，以非金属矿物原料为基料，辅以一定量的颜料、填料和助剂，制成的水性糊状涂料。这种涂料的主要特点是白度高、附着力强、坚硬、光亮如瓷。缺点是耐水性差，储存期短，在储存过程中容易结块硬化。

添加膨润土的涂料配方（%）：PVA4-5、轻质碳酸钙30-40、重质碳酸钙5-10、灰钙5-10、膨润土2-8、添加剂适量。

涂层的性能测试结果见表2。

添加膨润土后仿瓷涂料成本降低170元/吨，降幅18%。

2. 5 聚醋酸乙烯酯乳胶漆

乳胶漆是由水乳胶和颜料、填料和添加剂组成。它是一种水性涂料。是一种高档的建筑内外墙涂料，具有安全、无毒、不燃烧、施工方便、装饰效果好等优点。但聚醋酸乙烯乳胶漆的耐水性比较差，储存过程中容易沉淀、分层，影响施工。

添加膨润土的乳胶漆配方（%）：聚醋酸乙烯乳液PVAC（50%）15～30、PVA5～20、膨润土2～5、钛白粉10、立德粉15、轻质碳酸钙5～8、滑石粉2 ～5、硅灰石2、助剂2～5。

含膨润土和不含膨润土的聚醋酸乙烯乳胶漆的颜色和外观均符合标准型号及其色差范围，整齐无光泽，耐水性相当（起泡后漆膜4天不变，并且不会脱落）。其他性能测试结果见表3。

添加膨润土后聚醋酸乙烯乳胶漆成本降低650元/吨，降幅16%。

2. 添加膨润土的6大好处

综上所述，在建筑涂料、仿瓷涂料、乳胶漆中添加膨润土作为填料或添加剂，经产品质量检验和施工试验证明，其主要优点如下：

（1)膨润土可以增加油漆稠度，改善悬浮性，提高抗沉降性能。这在仿瓷漆和乳胶漆中尤为明显。

(2) 提高耐擦洗性和耐水性。

（3)提高涂料的遮盖力，减少涂料中的粘结剂用量，替代部分颜料，降低涂料成本12%～18%。

(4) 提高油漆的悬浮性，提高施工和涂刷性能。

3 作用机制

笔者认为，在讨论膨润土在涂料中的作用和机理时，不能简单地将其视为一般的非金属原料。首先应从其主要成分蒙脱石的矿物结构特征及其特殊的理化性质分析。从矿物学的角度看，蒙脱石不同于方解石、重晶石、硅灰石等一般传统的非金属矿物涂料填料；它也不同于高岭土和滑石等非金属矿物原料。因为后者非金属矿物的晶体结构或结构单元层中各离子的电价已被中和，不带电荷。所以，只有当这些矿物原料破碎后，矿物晶体表面和边缘的断裂键或缺陷会带少量电荷，表面自由能会增加。它们之间主要有范德华引力，作用较弱。因此，涂料形成的胶体体系稳定性差，易分离沉淀，涂膜形成后耐水性差。

膨润土不同。其主要成分是蒙脱石矿物。蒙脱石矿物的晶体结构属于2:1型层状硅酸盐。结构单元层由两个（Si-Al）-O四面体和一个中间的[Al（Mg，Fe）-（O，OH）]八面体组成。蒙脱石结构单元层中存在阳离子异价同构取代，如硅氧四面体中的Si4+被Al3+取代，铝氧八面体中的Al3+被Mg2+或Fe2+取代，层间带负电荷生成。蒙脱石的负电荷主要是铝氧八面体中的一部分Al3+被分布在夹层的Mg2+取代而产生的，使蒙脱石晶胞像一个带电的“大阴离子”，具有吸附阳离子的能力。. 但由于这些负电荷大部分分布在层状硅酸盐的片面上，因此铝氧八面体片中晶格置换产生的负电荷与粘土矿物片上吸附的阳离子之间的距离比较长。，所以对它们的结合力比较弱，可以交换这些阳离子。阳离子交换能力是蒙脱石最重要的特性[4]。正因为如此，在涂料中，成膜剂的有机分子，如聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯中的极性基因和丙烯酸分子，如-OH、-COOH等，可以与膨润土中的蒙脱石相似。绿土的阳离子交换作用产生类似的“蒙脱石-有机分子”络合物。在涂料介质中，蒙脱石将有机分子连接成三维网状结构，均匀分散在体系中，具有良好的悬浮和抗沉降作用。而这种蒙脱石有机化合物一旦形成是不可逆的，失水后变成疏水物质，从而增加了涂膜的耐水性。

此外，由于蒙脱石特殊的矿物结构和性能，膨润土具有粘结性、触变性、润滑性、可塑性等，有利于提高涂料的性能。

4 存在的问题

目前，影响膨润土在涂料中的推广应用存在以下三个问题。

（1)涂料行业对膨润土比较陌生。

（2)涂料中加入膨润土的方法和工艺不当，效果不好。

（3)由于不同地方膨润土的性质不同，甚至同一矿区的膨润土质量也不一样，在涂料中添加膨润土导致质量不稳定。笔者认为，要解决这个问题，就需要找到合适的涂层材料，膨润土按产地生产或选材，为膨润土提供质量稳定、符合要求的原料。二、涂层行业需要制定涂料级膨润土的质量标准进行质量监控，本文建议天然钙基膨润土作为涂料土应满足以下质量要求（表4).

5 结论

膨润土具有成膜性和附着力，引入建筑涂料可以替代一些昂贵的颜料，减少粘结剂的用​​量，降低成本；此外膨润土在涂料中的作用，由于其阳离子交换性能，可与成膜物质中的有机分子进行离子交换，形成蒙脱石-有机分子络合物，形成三维网状结构并分散在介质中，不仅增加了涂料的稠度，还起到悬浮和防沉降的作用。

由于蒙脱石有机复合材料的不可逆性，失水后呈疏水性，提高了涂膜的耐水性。此外，由于膨润土还具有许多其他适用于涂料的优良性能，从而提高了涂料的性能。可见，在涂料中引入膨润土是降低成本、提高涂料质量的最有效措施之一。膨润土是一种新型的多功能涂料填充剂和助剂。具有重要的推广价值。

参考

[1] 唐梓琳. CN1031385A, 1989

[2] 吴丽华，杨学琴。建筑材料地质学, 1995, (4): 44～46

[3] 叶振秋，胡志荣膨润土在涂料中的作用，邱荣军。非金属矿山, 1996, (2): 32～33

[4] 陈继梅. 地质实验室, 1991, 7, (3): 185～188