蒙脱土在橡胶中的应用研究进展
广西煤炭科学研究所 兰黄鲜
蒙脱土(MMT)是一类典型的层状硅酸盐矿物，为膨胀型层状薄片结构，具有廉价易得和无污染的优点。由于传统
的橡胶加工工艺只能使填料达到微米级分散，因此传统材料对橡胶的补强作用都难以达到理想的状态，而蒙脱土材
料使得这一状况得以改观。随着纳米复合技术的发展，现在已出现可使层状填料达到纳米级分散的方法。当纳米尺
寸的蒙脱土均匀分散在橡胶基体之中时，由于具有特殊的片层结构以及纳米尺寸效应，故其在橡胶基体中的界面作
用力较强，制备出的复合材料同时具备了刚性、尺寸稳定、热稳定和可加工等诸多优点。目前研究较多的橡胶/蒙脱
土复合材料制备方法主要有4类。
1.单体原位聚合插层法
单体原位聚合插层法是将橡胶基体的合成与蒙脱土复合材料的制备一步完成。该法首先将层状硅酸盐在液体单
体或单体溶液中溶胀，然后单体在层间通过光、辐射或者引发剂等方法引发聚合。此方法利用分子间作用力将层状
硅酸盐扩开，因此可以得到完全剥离型或剥离与插层混合型的纳米复合材料，但其聚合条件比较苛刻，聚合过程复
杂，很难在工业中大量应用。
上海交通大学研究人员研究了原位有机改性法制备EPDM/Na-MMT纳米复合材料的热分解行为及填料-橡胶基体
相互作用机制，结果表明，Na-MMT和插层剂1827对提高EPDM的热分解温度具有协同效应；华南理工大学科研人员
通过蒙脱土与酸化椰油酰胺基丙基甜菜碱(CAB)进行正离子交换，制备了含羧基的有机蒙脱土(OMMT)，然后使用OMMT
与天然橡胶(NR)复合制得了一种新型纳米复合材料，结果表明，酸化CAB溶液改性OMMT的层间距较蒙脱土改性有较
大幅度的增加，且少量OMMT可改善NR的拉伸强度和扯断伸长率；弗莱堡大学及印度理工学院科研人员采用不同结
构的季铵盐改性蒙脱土与丁苯橡胶熔融共混制备SBR/MMT纳米复合材料，结果发现，其物理机械性能有了较大的提
高。上海交通大学研究人员采用原位有机改性法制备溴化丁基橡胶(BIIR)/蒙脱土(MMT)复合材料，结果表明，用原
位有机改性法制备的BIIR/MMT复合材料的硫化特性和力学性能均优于BIIR/Na-MMT复合材料。
2.溶液插层法
溶液插层法又叫做溶液共混法，该法是将层状硅酸盐分散在溶剂（水或有机溶剂）中，然后加入橡胶溶液混和，
由于聚合物与层状硅酸盐片层之间有一定的吸附作用，故除去溶剂即得到层状硅酸盐橡胶纳米复合材料。此方法工
艺简单，当溶液浓度低时，蒙脱土的分散性较高，但由于插层机制为物理作用，且分散性越高，蒙脱土的质量分数
越大，所需的溶剂越多，故脱除和回收溶剂成为了很大的难题。
青岛科技大学科研人员通过大分子溶液插层法将有机蒙脱土(OMMT)与预聚体（聚酰胺酸）混合后由高温溶液法
制成粉状聚酰亚胺/有机蒙脱土(PI/OMMT)，然后将PI/OMMT与丁苯胶乳通过共混共凝法制成颗粒状聚酰亚胺/有机蒙
脱土/丁苯橡胶复合材料(PI/OMMT/SBR)，测试结果表明，OMMT的加入改善了PI与SBR的相容性，提高了SBR的力
学性能及耐热、氧老化性；青岛大学科研人员采用溶液插层法制备了顺丁橡胶/有机蒙脱土(BR/ OMMT) 纳米复合材
料，结果显示OMMT在橡胶中实现了纳米级分散，且BR/OMMT纳米复合材料的力学性能和耐热性能较纯BR有很大的
提高；王坤燕等通过熔融共混的方法制备了聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)/马来酸酐接枝的三元乙丙橡胶
(EPDM-g-MA)/OMMT三元复合材料，结果显示，大部分OMMT被剥离成独立片层，均匀分布于三元乙丙橡胶中，形成
含核-壳结构特征的相包容粒子，并均匀分散在基体相中，对该复合材料的力学性能进一步研究后发现，含量较低的
OMMT能显著提高材料的冲击强度和弹性模量，但随着OMMT 含量的增加，复合材料的拉伸强度与断裂伸长率下降。
3.熔体插层法
该法首先将蒙脱土用季胺盐和氨基酸等改性剂进行有机改性，其目的是增加蒙脱土的层间距和疏水性，改性后
的蒙脱土与橡胶在密炼机或开炼机上进行共混，制备蒙脱土橡胶纳米复合材料。熔体插层法实现了与传统橡胶加工
工艺的结合，操作简单，成本低，是目前制备橡胶纳米复合材料的通用方法。
北京化工大学科研人员采用熔体共混方法制备氯醚橡胶(ECO)/有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料，结果显示，在
OMMT用量较大的情况下，上述纳米复合材料中的OMMT聚集形成刚性很强的填料网络，使复合材料的应力应变行为
趋向于塑料和短纤维补强橡胶复合材料，同时绝大多数橡胶大分子链被分隔在OMMT片层之间，从而显著提高了材料
的气体阻隔性能；青岛大学科研人员采用一种新型的有机蒙脱土(OMMT)，通过熔体插层法制备出具有优异性能的乙
丙橡胶/OMMT复合材料, 并将其与炭黑补强体系进行了对比，分析结果显示，当有机蒙脱土含量仅为3份时，复合
材料硫化胶的扯断强度是纯胶体系的5.2倍，比同量的高耐磨炭黑增强的硫化胶提高了284%，性能与加入15份高
耐磨炭黑的硫化胶相当，且蒙脱土体系的撕裂强度也明显高于炭黑体系；华南理工大学科研人员采用了熔体插层法
制备氢化丁腈橡胶/有机蒙脱土纳米复合材料，发现复合材料的耐老化性能和耐溶剂性能良好，并且性能指标随蒙脱
土含量的增大而增加，动态黏弹谱（DMA）测试显示，该纳米复合材料的玻璃化转变温度升高，且具有较低的滚动阻
力；华南理工大学孙玉海等科研人员通过固相改性蒙脱土在天然橡胶中实现纳米级分散，得到了天然橡胶/蒙脱土纳
米复合材料，该研究发现固相改性蒙脱土对天然橡胶不但具有明显的补强效果，且可大幅度提高材料的力学性能、
耐热氧老化性能并具有很好的促进硫化作用；华南理工大学李博等研究人员采用机械混炼插层法制备有机蒙脱土/P
天然橡胶(TMTPNR)纳米复合材料，研究发现有机蒙脱土/PNR纳米复合材料的热释放速率(HRR)、生烟速率(SPR)等较
纯天然橡胶和未改性蒙脱土/PNR复合材料均所有降低，表现出较好的阻燃性能；华南理工大学陈丽娟等采用两种有
机蒙脱土(OMMT)通过机械混炼法制备OMMT/NR纳米复合材料，对该复合材料的性能研究表明，与NR相比，OMMT/NR
纳米复合材料的加工性能、物理性能、热稳定性能和动态力学性能均有明显改善。
4．乳液插层法
胶乳插层法是近年来开发出的一种制备聚合物层状硅酸盐纳米复合材料的方法，该方法充分利用层状硅酸盐的
水化膨胀特性及大多数商用橡胶具有胶乳形式的优点，将胶乳与层状硅酸盐悬浮液共混，从而使层状硅酸盐在橡胶
基质中达到纳米分散，后加入电解质絮凝使二者的微观纳米复合结构“固化”，从而制备出蒙脱土纳米复合材料。
齐鲁石化张洪林等采用乳液插层的方法制备丁苯橡胶(SBR)/OMMT纳米复合材料，发现制备的乳液共沉胶是一种
插层型纳米复合材料，OMMT与橡胶基质结合得较好，该乳液共沉胶的拉伸强度、撕裂强度、硬度、回弹性等与SBR 1502
基本相当，扯断伸长率和压缩永久变形有所增大，耐磨耗性能大幅度提高，以乳液共沉胶替代SBR 1502及部分炭黑
在半钢子午线轮胎胎面中的应用效果良好，胶料的力学性能、加工性能及成品胎性能均能满足工业生产要求；中国
地质大学马涛等通过乳液聚合制备双组分互穿网络/蒙脱土复合吸水橡胶，研究显示吸水橡胶中的橡胶相与树脂相高
度分散互穿，吸水后材料表面未观察到相分离现象，蒙脱土片层结构分散在材料中，增加了该材料的强度；中国热
带农业科学院黄茂芳等以新鲜胶乳共沉法制备蒙脱土/天然橡胶复合材料，结果表明在天然橡胶中加入少量(3%～5% )
的纳米蒙脱土，可以使橡胶的定伸应力、拉伸强度等性能大幅度提，动态力学性能和耐热稳定性得到明显改善。
结 语
蒙脱土具有原材料丰富、价格低廉等优点，其补强橡胶的性能优于或接近于传统的橡胶补强材料炭黑，具有较
好的发展前景。今后，采用纳米复合技术，使之在有机相中有效分散从而大幅度提高蒙脱土矿物产品的技术含量和
经济附加值，是蒙脱土改性研究的重要发展方向。但目前这方面的研究工作尚处于起步阶段，急需加强基础研究投
入，并对其形成机理、制备工艺、改性技术以及应用开发进行更深入研究，以图尽早实现纳米蒙脱土填料的工业化
生产。