膨潤土在日化領(lǐng)域應用研究現(xiàn)狀及展望

文/劉佳偉 程文靜 王 領(lǐng)

隨著國民經(jīng)濟水平和人們對皮膚保健意識的提高，人們對化妝品及其原料的要求逐步發(fā)展到以科學護理為主，兼有美容功效。膨潤土作為我國豐富的礦資源，可作為日化產(chǎn)品肥皂、洗滌劑等的原材料，且具有吸濕性、吸水膨脹性、懸浮性、分散性、穩(wěn)定性、觸變性、水分散性、增稠性和無毒性等性質(zhì)，兼具科學與美容功效，未來的發(fā)展前景廣闊。

我國膨潤土的儲量豐富，種類齊全，分布廣泛。膨潤土用途極廣，在鑄造、礦業(yè)、石化、輕工、農(nóng)業(yè)、建筑等各個領(lǐng)域均承擔重要角色，被稱之為“萬能土”。但我國與其他發(fā)達國家相比，膨潤土的開發(fā)和利用程度相對較低。本文將對膨潤土的理化性質(zhì)、改性和改型方法、應用現(xiàn)狀進行歸納總結(jié)，并對其在化妝品行業(yè)中的應用前景進行展望。

膨潤土概述

膨潤土，又稱斑脫巖或膨土巖。它是一種以蒙脫石為主要礦物功效成分的非金屬礦產(chǎn)。膨潤土的一些性質(zhì)都是由蒙脫石的性質(zhì)決定的，蒙脫石的晶體結(jié)構(gòu)是由兩層硅氧四面體晶片中間夾一層鋁氧八面體晶片組成，屬2:1型層狀硅酸鹽礦物。其化學式：Na x (H2 O) 4 {Al 2 [ Al x Si 4-xO 10 ](OH)2 }，半個晶胞中總陰離子電荷[O10 (OH) 2 ]為22，八面體中存在的陽離子數(shù)為2，四面體中存在的陽離子數(shù)為4。

膨潤土通常為白色，也有淺灰色、乳酪色、淺紅色、肉紅色、磚紅色、褐紅色、黃綠色、黑色、斑雜色等，呈油脂光澤、蠟狀光澤或土狀光澤，貝殼狀或鋸齒狀斷口。

我國膨潤土礦資源非常豐富，總儲量僅次于美國，居全世界第二位。大部分位于東北及東南沿海各省，種類齊全。以分布廣、埋藏淺、易采掘為特點。據(jù)有關(guān)資料推算可知，我國的膨潤土遠景儲量資源至少在54億噸以上。

膨潤土在日化產(chǎn)品中主要表現(xiàn)出吸水親水性、觸變性、吸附性、分散性、可塑性、懸浮性、膠體性、潤滑性以及無毒性等許多優(yōu)良的理化特性。

膨潤土改性及改型

膨潤土提純方法

膨潤土的提純方法，通常分物理提純方法和化學提純方法兩種。物理提純方法被稱為選礦提純法，還可以細分為濕法提純（水選）、干法提純（風選）和手選。濕法提純（水選）主要是針對低品位膨潤土礦采用的方法。濕法提純根據(jù)工藝過程不同，分為自然沉降法、絮凝法、高速離心法等，因其在提純的不同階段同時采用，故成為淘洗法。

膨潤土提純最常用的方法為干法提純（風選），其主要利用雜質(zhì)礦物粒度、密度和硬度大于膨潤土的性質(zhì)，利用重力逐級沉降使礦物分離，從而達到提純的目的。對于原礦中蒙脫石含量較高的情況，通常選用手選，利用人工將廢石選出，然后把剩余含量較高的礦土粉碎包裝?；瘜W提純主要針對物理提純不能滿足除去粒度很細的石英、方石英和氧化鐵等，同時為得到高純度的膨潤土而采用的方法。在日化產(chǎn)品中應用需要高純度的膨潤土，必須采用化學提純法。在實際的提純工藝中，常常會采用物理和化學方法相結(jié)合提純，這樣得到的產(chǎn)品無菌、無毒、白度高，適用于日化產(chǎn)品。

膨潤土改性方法

膨潤土的結(jié)構(gòu)特性決定了膨潤土可以通過改性以獲得良好的性能，改性膨潤土具有更大的比表面積、離子交換容量等，可提高流動性、濕強度和熱強度，增強了節(jié)約性，降低了膨潤土消耗。膨潤土的改性通常是用物理、化學、機械等方法對表面進行處理操作，根據(jù)應用需要有目的性地改變礦物表面的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)，來滿足在不同技術(shù)和領(lǐng)域中的應用，進而提高膨潤土的性質(zhì)、功能及其使用價值。

膨潤土的改性通常分為無機改性和有機改性兩類。常用的改性方法有鈉化改性法、添加改性劑法、活化改性法。

1. 鈉化改性法

鈣基膨潤土鈉化方法主要有干混合法、懸液法、濕擠壓法和濕堆放法等等。常用的鈉化劑有純堿、燒堿等。原理為通過離子交換（離子交換吸附）作用，將蒙脫石層間的陽離子鈣置換出來，發(fā)生正電荷虧損，由吸附在晶體外表面和晶層間的可交換性陽離子來中和平衡。另外，陽離子交換后引起電荷的分布不均勻，置換后的主要電荷在八面體上。但是它距離層間陽離子遠，吸引力弱，尤其是對水合陽離子吸引力更弱。改性后鈉離子充當平衡硅氧四面體上的負電荷作用，削弱結(jié)構(gòu)單元層間作用力，使其分離成為更薄的單元晶片，進而使內(nèi)表面積增大，吸附能力也隨之增大。

2. 添加改性劑改性

添加改性劑對膨潤土改性也是目前該領(lǐng)域研究的熱點，添加改性劑的膨潤土包括交聯(lián)膨潤土、有機膨潤土和有機交聯(lián)膨潤土。

交聯(lián)膨潤土的孔徑可調(diào)、分布也均勻，具有較好的吸附性，可用于水中離子型或非離子型污物處理。改性機理是通過加入無機大分子改性劑水解產(chǎn)生的金屬羥基陽離子所形成。

有機膨潤土是通過有機改性劑對天然膨潤土改性制得的膨潤土。

有機交聯(lián)膨潤土是目前最新的膨潤土改性種類，原理是用交聯(lián)改性劑將天然膨潤土改性為交聯(lián)膨潤土，使其層間擴大，再加入有機改性劑，大大加強了其吸附作用。

3. 活化改性法

活化改性法是對膨潤土進行活化，通常用的方法有酸化法、高溫焙燒法、微波活化法、 還原法、氧化法、鹽活化法等，其中酸化法和焙燒法最為常用。

酸化改性法是將膨潤土用酸處理，可將膨潤土層間的 Na+、K+、Mg2+、Ca2+等陽離子轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄喳}類溶出來，削弱層間鍵能，可使層間距增大，形成有著微孔網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、比表面積大的活性物質(zhì)。同時，也可除去分布在膨潤土結(jié)構(gòu)通道中的雜質(zhì)，能夠增大孔容積，有利吸附質(zhì)分子的擴散，使改性后的膨潤土擁有較強的化學活性和物理吸附性。

高溫焙燒法主要是迎合膨潤土在不同的溫度下焙燒具有不同的表面積特性。膨潤土受熱先失去表面水、層間吸附水和孔隙中雜質(zhì)，能夠減小水膜和雜質(zhì)產(chǎn)生的吸附阻力，使吸附性得到改善。

膨潤土改型

膨潤土改型是通過離子交換來改變蒙脫石層間可交換陽離子的種類以達到改善蒙脫石或提高蒙脫石物化性能的目的。鈉基膨潤土的物理性能比鈣基膨潤土更具優(yōu)勢，鈉基膨潤土比鈣基膨潤土有更高的經(jīng)濟價值和應用價值。但是，在自然界或膨潤土礦床中，鈣基膨潤土儲藏量遠大于鈉基膨潤土，所以膨潤土鈉化改型就成為膨潤土改型的主要發(fā)展方向。

近年來，膨潤土改型有鈣基膨潤土鈉化改型、鈣基膨潤土鋰化改型、負載稀土膨潤土、鈦交聯(lián)膨潤土、無機鹽改型等。最常用的是鈣基膨潤土的鋰化改型和鈣基膨潤土的鈉化改型。

1. 鈣基膨潤土的鋰化改型

根據(jù)蒙脫石的陽離子交換能力，選用無機鋰鹽，用鋰離子將膨潤土中的可交換陽離子Ca2+、Mg2+等置換出來，制備成鋰基膨潤土。

2. 鈣基膨潤土的鈉化改型

改型一般采取添加適當無機鈉鹽作交換劑，由Na+置換蒙脫石層間的Ca2+和Mg2+，從而增加了蒙脫石中可交換性陽離子的數(shù)量，使原土溶于水后增加親水基團數(shù)目，改善了膠體懸浮觸變性，一般的膨潤土鈉化工藝分為干法和濕法，但干法工藝鈉化的產(chǎn)品質(zhì)量較濕法差。

膨潤土在洗滌產(chǎn)品中的應用現(xiàn)狀

膨潤土所含的蒙脫石具有特殊結(jié)構(gòu)，在洗滌產(chǎn)品中表現(xiàn)出懸浮性、分散性、無毒性、親水性等特點。

制備香皂、肥皂、液體皂

近幾年，將膨潤土經(jīng)過提純、改性、改型、復合等多道工序精加工制成無機礦物凝膠。其化學性質(zhì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)特殊。用礦物凝膠作為香皂、肥皂的添加劑效果特別好，每噸香皂中加入4%的礦物凝膠可節(jié)約混合油344千克，即1千克礦物凝膠可節(jié)約混合油8.6千克，社會效益和企業(yè)效益都十分可觀，對緩和我國油脂緊張、降低生產(chǎn)成本具有現(xiàn)實意義。礦物凝膠也可以用在液體皂中，用量為1%效果很好。

制備洗衣粉

在國外就有很多專利說明用膨潤土做洗衣粉，去污效果很好。將膨潤土經(jīng)過提純改性制成礦物凝膠才能使用。用量是1%～60%。和其他組分需有很好的協(xié)同作用，洗滌效果會得到明顯地改善并具有良好的軟化效果。在生產(chǎn)洗滌中可用作水質(zhì)軟化劑。用膨潤土合成的NaA型沸石具有較高的離子交換能力，可取代對水質(zhì)有害的三聚磷酸鈉，沒有環(huán)境污染，是洗衣粉理想的助洗劑。

制備重油垢洗滌劑或膏狀洗衣劑

用鈣基或鈣鈉基膨潤土經(jīng)改性后，它們有極強的去污力，并可減少表面活性劑、STPP（三聚磷酸鈉）及其他助劑的用量，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性及質(zhì)量，降低其生產(chǎn)成本。

制備無機織物柔軟劑

用于液、固體洗滌產(chǎn)品，軟化織物，增強洗滌效果，降低生產(chǎn)成本。主要起著織物軟化劑和增稠劑的作用。吸收溶解的雜質(zhì)如離子類，同時防止織物表面結(jié)殼和渣滓的堆積。膨潤土可制備人造沸石，取代洗衣粉中三聚磷鈉，可防止洗滌劑污染環(huán)境。

膨潤土在化妝品中的應用現(xiàn)狀

由于膨潤土具有超強的去污、解毒、止癢、美白等性能，并具有吸濕性、吸水膨脹性、懸浮、分散、穩(wěn)定性、觸變性、水分散性、增稠性和無毒性等性質(zhì)，已經(jīng)成為化妝品中的必備品，是開發(fā)天然產(chǎn)品的理想原料。高純改性膨潤土在水溶液中可形成非牛頓液體類型的觸變型凝膠，是化妝品行業(yè)較為理想的乳液穩(wěn)定劑。

洗發(fā)香波中的應用

在洗發(fā)香波中加入改性提純后的優(yōu)質(zhì)膨潤土，不僅改變了洗發(fā)香波的觸變性和黏稠性，而且使洗滌效果明顯增強，具有洗、護合一功效。在洗發(fā)過程中，洗動處洗發(fā)液黏度比不動處黏度低，不易流淌，對眼部具有一定的保護作用，可防止迷眼。另外膨潤土還有中和鈣鹽的能力，避免形成鈣的沉積物黏附在頭發(fā)上，同時解毒作用對慢性皮炎和皮膚瘙癢癥有一定療效，還有減少頭屑，增強梳理性的效果。

由于黏土凝膠有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體系，在洗發(fā)液中這種結(jié)構(gòu)具有很好的懸浮分散、效果，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

牙膏中的應用

膨潤土無機凝膠是一種值得推薦的牙膏用粘合劑，其具有無毒性、增稠性、潤滑性，主要被應用在牙膏研磨劑中，具有成本低、刺激污染小、性能穩(wěn)定等特點。作凝膠劑時，可替代國外進口牙膏用增稠劑觸變劑—合成硅酸鋁鎂。

在牙膏生產(chǎn)試驗中加入膨潤土凝膠，使牙膏的膏體致密，改善牙膏的觸變性能。同時由于膨潤土有獨特的吸附作用，香料以及牙膏中的其他填充劑可以很好地體現(xiàn)這一性質(zhì)；另外該凝膠可以吸附皮口腔中的細菌，從而起到其他有機凝膠所不具備的保健作用。該凝膠與膏體中其他溶于水的有機、無機鹽類有良好的配伍性, 能顯著地提高牙膏的生產(chǎn)效益。

面膜中的應用

膨潤土中的有效成分蒙脫土具有保水、清潔皮膚、吸附等能力。添加在面膜中吸水力好，可吸收面部多余的油脂污物，吸附皮膚表面的細菌，增加黏度，能夠使懸浮粒子不沉積，還有穩(wěn)定乳化的作用，因此被廣泛應用于面膜中。

潔面產(chǎn)品中的應用

由于膨潤土特殊網(wǎng)狀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有離子交換能力、吸附作用、保水和清潔皮膚的能力、藥物吸著透皮能力，能有效清除和吸附肌膚紋路中殘留的彩妝、污垢雜質(zhì)，并吸附過剩油脂、去角質(zhì)、加速老死細胞的脫落。所以，膨潤土在潔面產(chǎn)品中是一種優(yōu)良的填充劑。

潤膚乳中的應用

膨潤土特殊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可使大量自由水轉(zhuǎn)化為束縛水以此來提高它的黏度，潤膚乳中常添加適量的有機和無機膠以提高乳液的穩(wěn)定性，高純改性膨潤土在水溶液中可形成非牛頓液體類型的觸變型凝膠，是化妝品中較為理想的乳液穩(wěn)定劑。

在遮瑕產(chǎn)品中的應用

膨潤土白炭黑即水合二氧化硅，是微細粉末狀或超細粒子狀的二氧化硅，常用于防曬、粉底、素顏霜、隔離的遮瑕產(chǎn)品中，具有很好的遮瑕增白效果，在防曬產(chǎn)品中具有一定的防水能力。

在化妝品科學技術(shù)迅速發(fā)展的今天，化妝品工業(yè)正面臨著嚴格的質(zhì)量監(jiān)管、高檔產(chǎn)品原料昂貴、消費者質(zhì)疑等諸多挑戰(zhàn)。因此，利用天然膨潤土作為化妝品的原料，發(fā)揮其吸附性、懸浮性和無毒性等優(yōu)良特性，將會廣泛應用于高級日用化學品之中。

膨潤土在功能性面膜中的應用將會尤為突出，它可以作為優(yōu)質(zhì)的吸附劑和填充劑，將吸附有機物質(zhì)于載體上，使懸浮粒子不沉積下來，并有穩(wěn)定乳化的作用，為皮膚補充營養(yǎng)。對生產(chǎn)企業(yè)也能夠有效地降低成本。

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和天然健康的生活理念的推廣，膨潤土在日化產(chǎn)品中的應用開發(fā)技術(shù)將會越來越成熟。膨潤土將會更加科學、安全、有效添加在日化產(chǎn)品中，擁有廣闊的發(fā)展前景。