苏更林
提到止泻药,很多人都会想到蒙脱石散。那么,除了止泻之外,蒙脱石还能做些什么?
膨润土的主要成分为蒙脱石,通常含量为60%~80%。而我们通常所说的蒙脱石,一般指的是膨润土的高附加值精细化工产品。
蒙脱石具有广泛的应用价值,干燥剂是其应用的一个重要方向。所谓干燥剂,实际上就是一类能除去潮湿物质中水分的物质。就食品来说,在包装内添加干燥剂的目的就是要降低食品包装中的湿度,防止食品发生变质腐败,从而延长食品的保质期。
一般食品都含有不同程度的水分,这是食品维持其固有性质所必须的。然而,水分又是影响食品品质的重要因素之一。水分超标不仅能使食品发生某些物理改变,如受潮结块、吸湿变软等;而且还能促使微生物的繁殖,加速油脂的氧化分解,导致食品发生褐变反应和色素氧化等。因此,食品水分超标危害极大,轻者口感变劣,重者丧失食用价值。
食品包装里的水蒸气来源不外乎三个方面:一是在食品包装时其内部的空气所含有的原始水蒸气;二是在食品的内包装中包装辅料所含水分挥发出来的水蒸气;三是在储运过程中透过阻隔包装材料渗透到包装内的水蒸气。
在食品包装内添加干燥剂,就是要把包装内环境的水蒸气含量(湿度)降到一个安全的范围之内,从而延长食品的保质期。蒙脱石具有很好的吸湿性(水化性),并且具有吸附速度快、吸收能力强、无毒无味、无环境污染等特点。因此蒙脱石被称为绿色环保的干燥剂,可广泛应用于食品、药品、电子产品等。
膨润土经提纯或改性之后可用作食品加工助剂,广泛应用于食品加工领域。如作为一种低成本的澄清剂,膨润土可应用于葡萄酒工业酿造中的澄清环节。澄清的目的就是防止发生浑浊和沉淀现象。蒙脱石具有较大的表面积和吸附性,对于稳定葡萄酒的酒体、改善口感具有重要的作用。
在果汁类饮料生产中,也需要进行澄清处理。膨润土用作澄清剂,不但可以吸附蛋白质的胶体粒子,而且可以吸附单宁等多酚类物质,达到改善产品的澄清度和收敛度的目的。
铸造作为金属成型的一种主要方法,已成为现代制造业的基础。从钢铁产业到有色金属产业,从汽车工业到航天工业,从电力行业到石化行业,铸造始终都是装备制造业的基础。那么,蒙脱石又能与铸造发生怎样的交集呢?
蒙脱石的确与铸造有着密切的关系。我们先来看看什么是铸造。既然铸造是金属成型的一种方法,那么言外之意就是要把液态金属变成固态铸件。当然,这个固态铸件应当具备人们所期待的形状。问题是,该如何让液态金属变成人们所期待的固态铸件呢?
其实,我国先人早就思考过这个问题,并且把这个过程做到了炉火纯青的境界。千年不腐的越王勾践剑,演绎了一个关于青铜文明的传奇故事。青铜文明见证了我国古代精湛的铸造技艺,如今的精密铸造则把铸造工艺推到了一个崭新的高度。
万变不离其宗,大凡铸造赋形都是离不开“模型”的。比如,你想要铸一个圆球,就得先造一个包含“圆球”的空腔。这样一来,当液态金属被倒进“模型”里并凝固成型后,就能够得到一个金属球的毛坯了。铸造其他具有复杂形状的零部件也是一样。那么,该用什么样的材料来为“模型”造型呢?就普通的铸型来说,通常使用的材料为原砂。
然而,一盘散沙,何以成型?这不,黏结剂就被派上用场了,聚沙成“型”就成了顺理成章的事儿。那么,选择什么样的黏结剂,才能满足生产所需呢?固然,能够充当黏结剂角色的材料有很多,但膨润土因其具有不可替代的优势而成为铸件生产中的理想黏结剂材料。我们知道,蒙脱石具有很强的吸水性,并表现出较强的黏结性,这就奠定了膨润土在铸造工艺中的科学基础。
以高吸附性见长的活性白土,是膨润土的一大转化产物,在油脂脱色、化工产品精制、催化剂载体、污水治理等领域都有广泛的应用。
活性白土是一种硅铝酸盐化合物,为无臭、无味、无毒的白色或米色粉末或颗粒,加水湿润后具有类似黏土的气味。以优质白色膨润土为原料,经硫酸活化处理后反复冲洗除杂可制得活性白土。因此,活性白土也被称为“漂白土”。
我们知道,膨润土本身就是一种吸附材料。那么,为什么还要对其进行“漂白”处理呢?其实,制取活性白土的目的在于获得更优秀的吸附性能,以满足某些行业的特殊需要。膨润土酸化处理的基本原理,就是用无机酸中离子半径较小的氢离子去置换蒙脱石层间离子半径较大的金属阳离子,并利用无机酸的强氧化性把蒙脱石层间所吸附的其他杂质去除掉,这样就达到了疏通层间通道的效果。
活性白土之所以具有更好的吸附性能,就是因为其具有独特的分子结构和通畅的层间通道。由于活性白土具有复杂的微孔网状结构,因此比表面积会更大一些。通常把活性白土制成不规则的小颗粒状,这样不仅具有更大的比表面积,而且具有较高的颗粒强度,应用起来吸附效果也会更好。
对于油脂加工来说,脱色是一个重要环节。活性白土在这方面的应用很有优势。无论是矿物油,还是植物油,甚至是动物油,都可以使用活性白土来脱色。在化工领域,活性白土可用于固体石蜡、脂肪酸、高级醇等产品的脱色与净化。
在环境保护领域,通常利用活性白土的吸附性来进行污水处理。污水处理涉及众多行业,污染源以及污染物种类千差万别,因此对吸附剂选择性的要求越來越高。活性白土具有较高的化学稳定性,既可以处理污水中的有机污染物,也可以处理污水中的重金属污染物。更重要的是,活性白土作为一种吸附剂具有可再生利用的特点,因此符合可持续发展的要求。
在活性白土中加入黏合剂、分散剂以及助剂等材料可制成显色涂料,这是制作无碳复写纸的基础。活性白土还具有一定的催化活性,可用作化工行业的催化剂。
膨润土的性质主要是由所含蒙脱石的成分和结构决定的,因此对其进行结构“再造”可以拓宽其应用场景,如改变其层间阳离子的种类则可以改善其性能。应用于化妆品等日化产品的有机膨润土就是一个鲜明的例证。
所谓有机膨润土,指的就是利用有机官能团或有机物来取代膨润土层间可交换阳离子或结构水而形成的有机复合膨润土。天然膨润土属于无机矿物,通过有机化改性之后,其身价可就大不一样了。有机膨润土在各类有机溶剂、油类、液体树脂中都能形成凝胶,其具有的吸湿性、悬浮性、分散性、成膜性、稳定性、触变性、增稠性和无毒性等,使其在化妆品等日化产品中得以广泛应用。
如在面膜等美容产品中应用有机膨润土,其保水和吸附性能可赋予美容产品吸收面部多余油脂污物的能力,利于清除和吸附残留在肌肤上的彩妆、污垢和油脂。同时,有机膨润土中的蒙脱石还能与化妆品中的其他成分形成有机复合体,从而在皮肤表面形成一层黏膜性保护屏障,以减少皮肤水分的蒸发,达到美白护肤的效果。
经过改性加工而成的膨润土凝胶,也是一种高附加值的膨润土深加工产品,在日化、制药、洗涤、陶瓷、玻璃、造纸等行业都有应用。如在洗涤用品中添加膨润土凝胶,不仅可以改变产品的触变性和黏稠性,还能显著提高洗涤的效果,更能减少三聚磷酸钠(合成洗涤剂主要助剂)及其他助剂的用量,因此有利于水体环境的保护。
在牙膏研磨剂中添加膨润土凝胶,可以改善牙膏的触变性能,使牙膏的膏体更致密,更利于吸附口腔中的细菌等。膨润土凝胶不仅性能优良,无毒无害,具有保健作用,还能降低牙膏等产品的生产成本。
我国膨润土资源分布很广,储量丰富,是一个名副其实的膨润土生产大国。从生产大国到制造强国的跨越,离不开膨润土的深加工产品之“变”。
拓展膨润土的应用空间,需要不断推出膨润土精细化工产品,这样才能适应日益精细化的市场需求。例如,把膨润土原矿等低端产品加工成有机膨润土等高端产品,就是一个具有战略意义的研发方向。
有机膨润土同时具有有机物和无机物的某些特性,在染料脱色、农药吸附、复合材料、药物缓释、印刷油墨、功能涂料、石油钻井以及催化领域等都有应用市场。在高速印刷油墨中添加有机膨润土,可以改变其流动性和黏稠性,從而提升印刷效果、提高干燥速度。在油漆中添加有机膨润土,可以改善其悬浮性和流动性,还能提高其耐腐性能等。
目前,膨润土深加工的研发方向还包括膨润土生态环境材料、农业园艺材料、高科技材料以及纳米材料等。所谓膨润土生态环境材料,是指以膨润土为基材,生产用于生态保护与节能降耗的新材料。我们知道,膨润土在污水处理领域具有独特的优势。而经过有机改性的膨润土,对有机污染物和重金属离子的吸附能力要比天然膨润土强10~100倍。因此,有机改性膨润土可用于去除低浓度有机污染物。
在高危害性废物处理工程中,膨润土也具有巨大的应用潜力。膨润土具有很强的吸湿膨胀和阳离子交换能力,用作高放射性废物填埋处置的缓冲防渗材料,可阻止地下水的渗漏以及核素的迁移等。
膨润土在沙漠治理方面的应用,则更具有革命性的意义。由于膨润土具有良好的抗渗性、抗冻性、密实性和保水性,因此可有效防止沙土中的水肥流失,并有利于防风固沙,改善沙化土地的生态环境。
膨润土含有多种动植物所需的常量和微量元素,还具有较强的保水和黏结能力,因此可用于土壤改良,改善土壤结构。同时,由于膨润土具有很强的离子交换能力,合理使用有利于土壤对水肥的蓄积,并固定土壤中的重金属离子,从而达到有效治理土壤重金属污染的目的。
被誉为“万能黏土”的膨润土,拥有悠久的应用历史。如今,膨润土的应用已达到相当大的规模,但真正意义上的精细化蒙脱石产品应用仍然方兴未艾。谋求膨润土产业发展的新辉煌,重要的是要提高膨润土深加工的技术水平,不断开拓新的高科技应用场景。
【责任编辑】蒲 晖
百科知识2023年13期