黏土类悬浮剂在载液中具有吸水膨胀、吸附和触变等性能，使铸造涂料的耐火骨料在体系中维持悬浮和均匀弥散状态，不发生沉淀和分层现象。 本文介绍膨润土的悬浮作用机理，其它类型的悬浮剂如凹凸棒土等，与膨润土在晶体结构上有些差别，但在悬浮作用机理上有共同之处。

关于膨润土产生悬浮作用的机理有很多说法，笔者曾参阅了数十篇相关文献，归纳出以下几种机理：

1. 悬浮剂的吸水膨胀和增稠作用

膨润土具有吸湿性，其单位晶层之间易分离，水分子易进入晶层之间，能吸附8-15倍于自己体积的水量。吸水后能膨胀，膨胀倍数是自身原体积的30余倍。膨润土的主要成分蒙脱石是一种2:1层状硅酸盐。其中的Al³⁺和Si⁴⁺可被Mg²⁺、Ca²⁺或Fe²⁺置换，可交换的阳离子骨架有剩余负电荷，加上蒙脱石晶层间结合力较弱，可吸附阳离子和极性水分子，根据阳离子种类及相对湿度，层间能吸附一层或两层水分子。另外，在蒙脱石晶胞表面也吸附了一定量的水分子。

膨润土分散于水中后形成具有一定粘度的胶体溶液，其粘度与膨润土的膨胀倍数成正比，膨胀倍数越高，粘度也越大。比如，在水的总量和膨润土加入量一定时，膨润土的膨胀倍数增加5倍，则其粘度会高出15倍。

在流体力学中，粒子在悬浊液中的沉降速度是体系粘度的函数，粘度越大，则沉降速度越慢。



因此，粘度的增加有助于粒子的悬浮。不过，如果仅仅依靠体系的高粘度，还不足以维持颗粒的悬浮。

2. 粒子之间的排斥力作用

蒙脱石矿物颗粒细小，充分水化后以溶胶形式悬浮于水溶液中。由于蒙脱石晶胞都带有相同的负电荷，彼此同性相斥，在稀溶液里很难凝聚成大颗粒，从而起到悬浮的作用。但是这种斥力的作用也是有限的。

3. 形成空间网状结构

蒙脱石在水中吸水、溶胀，水化时产生和释放出的水化能可克服蒙脱石晶层间的范德华力，使其剥离成无数的高径厚比薄层晶片（若施以外加的剪切力，剥离过程可快速完成）。 晶体层面因八面体中的铝原子部分被其他较低价金属原子置换而呈电负性，但其端面则由于硅氧键和铝氧键的断裂而呈弱电正性，层面和端面在水介质中可分别快速形成其各自的双电层。在静置状态下，层面和端面因双电层电性相异而相互吸引、靠近，使各晶片之间形成以面—端吸附的缔合结构并不断复制，最终使整个体系都形成由无数晶片缔合而成“卡片宫式”（ House of Cards）（也称为卡片屋）缔合网络结构，卡片宫结构是膨润土起到增稠悬浮的最主要的微观结构呈现方式。下图直观地展现了缔合网络结构的形成过程。

凹凸棒土和海泡石等悬浮剂，在水中分散时颗粒会离解成细小晶束直至针状或棒状晶体，这种高度分散的晶束或棒晶则可以在水中分散形成立体的网架结构。

无论是卡片屋结构还是立体网架结构，都会将大量的自由水包围在其中，使其失去流动性，体系变稠，具有屈服值，并对骨料颗粒起固定、支撑作用，“托举”着骨料颗粒，不致下沉。宏观上表现为具有触变性的絮凝体，使涂料具有良好的沉降稳定性。

钙基、钠基和锂基膨润土的悬浮性差异

膨润土颗粒吸附阳离子，Na⁺的电荷密度较Ca²⁺小，它与蒙脱石晶格的结合能较小，水化能低，Na⁺的离解能力强，水分子更容易进入，在水溶液中容易膨胀，形成稳定的乳浊液悬浮体。因此在水基涂料中，一般采用钠基膨润土作为悬浮剂。

相对于钙基和钠基膨润土，当在相同水膜厚度时，Ca²⁺、Na⁺颗粒的吸引力大于Li⁺颗粒的吸引力，水分子更容易进入锂基膨润土层之间，使膨胀倍数增大，水化完全，形成更稳定的乳浊液悬浮体。