Ứng dụng của đất sét siêu mịn trong sản xuất các nanocomposit pot

Ứng dụng của đất sét siêu mịn trong sản
xuất các nanocomposit
(H2N2)-Đất sét siêu mịn là loại sét có cỡ hạt
cỡ nano và có thể được biến tính bằng các phương pháp hóa học để tạo
thành những vật liệu tương hợp với các monome và polyme hữu cơ.
Trong các nguồn tài liệu khác nhau, người ta chia đất sét ra thành ba hay
bốn nhóm chính như sau: kaolinit, montmorillonit-smectit, illit và chlorit
(nhóm cuối cùng không phải lúc nào cũng được coi là một phần của đất
sét và đôi khi được phân loại như là một nhóm riêng, trong phạm vi
phyllosilicat). Có khoảng 30 loại đất sét ‘nguyên chất’ khác nhau trong
các nhóm này, nhưng phần lớn đất sét ‘tự nhiên’ là các hỗn hợp của các
loại khác nhau này, cùng với các khoáng chất đã phong hóa khác.
Ngày nay, nguyên liệu chính để sản xuất đất sét siêu mịn là các loại đất
sét smectit, đặc biệt là montmorillonit. Montmorillonit là nguyên liệu dễ
khai thác và có trữ lượng lớn ở khắp nơi trên thế giới.
Montmorillonit, với công thức hóa học
(Na,Ca)
0,33
(Al,Mg)
2
Si
4
O
10
(OH)
2
·nH
2
O, thông thường là sản phẩm được
tạo ra từ phong hóa của các loại đá nghèo silica. Montmorillonit là thành
viên của nhóm smectit và là thành phần chính trong bentonit.

So với đất sét tổng hợp, đất sét tự nhiên không đồng đều về chất lượng,
kích cỡ và tính chất vật lý trong khi đó, khả năng tạo ra các composit
giữa đất sét và polyme phụ thuộc nhiều vào sự ổn định tính chất của đất
sét.
Trái lại, thành phần và tính chất của đất sét tổng hợp ổn định hơn và có
thể được khống chế tốt hơn. Nhưng đất sét tổng hợp thường đắt hơn đất
sét tự nhiên, vì vậy bị hạn chế trong sử dụng.
Mới đây, trên thị trường đã xuất hiện một loại vật liệu nano mới, gọi là
các chất nanocomposit phân tử lớn, chúng có khả năng tạo ra các cấu
trúc nano với những tính năng cao hơn.
Xử lý đất sét
Các công nghệ xử lý đất sét đã có từ hơn 40 năm nay, sản phẩm được
dùng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, ví dụ làm chất độn, tác nhân
biến tính cho các sản phẩm công nghiệp như sơn, chất kết dính.
Có 2 công nghệ cơ bản để xử lý đất sét, được áp dụng để sản xuất
nanoconlposit là các công nghệ do công ty CRDL (Nhật Bản) và công ty
Nanocon phát triển.
Công nghệ của công ty CRDL sử dụng đất sét montmorillonit và xử lý
bằng phản ứng thế ion amoni với các ion natri có sẵn trong đất sét. Bằng
công nghệ này, công ty CRDL đã sản xuất các nanocomposit làm từ
polyme và đất sét.
Công ty Nanocon đã phát triển và đăng ký sáng chế phương pháp biến
tính đất sét bằng cách để lại các ion natri trên bề mặt tinh thể đất sét rồi
sắp xếp lại bằng các tương tác lưỡng cực.
Sản xuất các nanocomposit
Tiềm năng sản xuất nanocomposit không bị giới hạn bởi chủng loại
nhựa. Đất sét và các phụ gia cỡ hạt nano đóng vai trò quan trọng trong
sản xuất các chất dẻo dân dụng, chất dẻo kỹ thuật, chất dẻo tính năng
cao, các chất dẻo nhiệt rắn và các vật liệu đàn hồi.
Hiệu quả của phương pháp sản xuất phụ thuộc vào sự tương thích hóa

học giữa đất sét với polyme và tác động của sự tương thích này đối với
các tính năng của toàn bộ hệ composit.
Hai quy trình cơ bản để sản xuất các nanocomposit là polyme hóa nội tại
và hóa hợp nóng chảy. Cả hai quy trình đã được phát triển đến mức độ
khá cao và được áp dụng để sản xuất nhiều composit với thành phần đất
sét nano.
Tiềm năng thị trường
Năm l999, tổng giá trị thị trường toàn cầu đối với các nanocomposit chỉ
đạt 2 triệu cân Anh. Trong đó, phần lớn là nylon gia cường bằng đất sét
cỡ hạt nano, được sử dụng trong sản xu ất các phụ tùng ô tô và bao bì
đóng gói. Thị trường chỉ mới nằm ở giai đoạn đầu của sự phát triển sản
phẩm và công nghệ, nhiều công ty đang phát triển và thương mại hóa
các sản phẩm nhằm mục đích làm cho loại vật liệu mới này được chấp
nhận.
Tiềm năng thị trường đối với các nanocomposit hiện còn rất lớn. Theo
dự đoán, trong năm tới sản lượng của các sản phẩm này sẽ đạt gần 10 tỷ
cân Anh, nhưng con số này cũng mới chỉ tương ứng một phần ba của
tiềm năng thị trường. Ước tính, trong thời gian 2004 – 2009, nhu cầu thị
trường đối với nanocomposit sẽ tăng trung bình 35%/năm.
Công nghệ sản xuất nanocomposit có thể được áp dụng rộng rãi cho
nhiều loại polyme. Dự kiến, trong 10 năm tới các loại composit được sản
xuất từ gần 20 loại polyme sẽ được thương mại hoá, mặc dù hiện nay
các sản phẩm thương mại đầu tiên, duy chỉ là các composit đi từ nylon
(các phụ tùng ô tô