[发明专利]一种钠基蒙脱土有机改性的方法及有机钠基蒙脱土

说明书

本发明提出了一种钠基蒙脱土有机改性的方法及有机钠基蒙脱土，改性方法包括以下步骤：(1)钠基蒙脱土的研磨：在室温条件下，将钠基蒙脱土进行研磨；(2)加入改性剂研磨：在室温条件下，在研磨后的蒙脱土中加入改性剂进行干法研磨或湿法研磨，通过研磨得到改性后的蒙脱土；(3)后处理：将改性后的蒙脱土分散于可溶改性剂的溶剂中，离心分离，得到的有机蒙脱土洗涤零至多次，干燥得到改性后的有机蒙脱土。本发明通过研磨过程中的剪切力将改性剂插层到蒙脱土中，实现蒙脱土的有机改性，改性效果与溶液插层效果相近，改性所需时间缩短约60‑90％，溶剂/水的使用量下降约30‑100％。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体地说，是涉及一种钠基蒙脱土有机改性的方法及有机钠基蒙脱土。

背景技术

蒙脱土的化学式是Mx(Al₄-xMgx)Si₈O₂₀(OH)₄(M＝单价阳离子，x＝0.5-1.3)，晶体结构由两层硅氧四面体和其间的铝(镁)氧八面体依靠氧连接而形成2：1型层状结构。蒙脱土片层厚度约为1nm，长和宽至少100nm，具有很高的比表面积和长径比，与聚合物复合后能显著改善材料的物理机械性能、热稳定性能、吸附性能、阻碍裂纹扩展性能、气密性能等。

蒙脱土片层通常带负电荷，为了保持电中性，片层表面和片层间通常吸附着大量的无机阳离子，因此，未改性的蒙脱土具有很强的亲水性，在非极性或极性小的聚合物基体中难以实现良好的分散，因此一般需要先对蒙脱土进行有机改性，提高其与聚合物的亲和性后再与聚合物进行复合制备复合材料。利用蒙脱土的阳离子交换性质，常采用有机阳离子进行离子交换而使层间距增大，并改善层间微环境，使黏土内外表面由亲水转变为疏水，降低硅酸盐表面能，以利于单体或聚合物插入黏土层间，形成聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料。蒙脱土有机化改性最常用的方法是溶液插层法：先选用一种能溶解改性剂的极性溶剂，并且层状蒙脱土的片层能在其中溶胀、剥离；将蒙脱土分散到水或水与极性溶剂的混合液中，一般分散液浓度范围在3％-5％之间，搅拌1h-2h使土分散均匀；加入改性剂，在一定温度下恒温搅拌2-4h，静置后进行后处理。从该过程可以看出该方法的效率十分低，制备工艺繁琐，而且需要使用大量的溶剂或水，溶剂还可能对环境产生危害作用。另一种蒙脱土有机化的方法是原位插层聚合法：先用单体溶液溶胀黏土，同时可插层的单体迁移到层间，随后单体在一定条件下发生聚合，聚合物链直接插入到黏土片层中。原位聚合的过程中所释放的热量可以使蒙脱土的层间距进一步扩大，但是该方法存在制备复杂、实验耗时长等问题。此外，多数的单体是疏水性的，为了提高蒙脱土与聚合物的亲和性，常常采用已经有机化改性的有机土。

为了简化蒙脱土聚合物复合材料的制备工艺，专利号为CN101020767A中公开了一种溴化丁基橡胶/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，将溴化丁基橡胶、蒙脱土、插层剂和偶联剂加入密炼机中进行混炼，得到插层型溴化丁基橡胶/蒙脱土母炼胶；然后加入硫化活性剂、促进剂及硫化剂混炼得到混炼胶。在此过程中，插层剂和溴化丁基橡胶分子对蒙脱土进行原位插层改性，从而得到一种插层型的溴化丁基橡胶/蒙脱土纳米复合材料。此发明提供的制备方法和加工工艺简单，无需在混炼前对蒙脱土进行有机改性，但是此方法要加入过多的插层剂复合材料的性能才有很好的提升。我们重复这个技术，发现不能达到此专利中所述的分散和插层效果。

为解决蒙脱土有机化改性中的上述系列问题，王小平、贾德民在CN101486847A中提出了一种固相法对钙基蒙脱土进行有机改性，具体操作为将几种原料混合在一起进行固相搅拌反应，出料即可得到有机蒙脱土。该法省去了目前通用的溶液法蒙脱土有机改性的繁杂步骤，直接通过简单的搅拌实现改性，有操作简便、成本低等显著优点。但是，该法在改性过程需在较高温度下，如80-100℃，搅拌较长时间如200min，才能实现良好的改性。显然，这样的高温长时间搅拌十分耗能。此外，从结果上看，该法只是实现了部分蒙脱土的插层，原始蒙脱土在高角度下的001的片层并没有消失。

本发明提出一种钠基蒙脱土高效有机改性的方法，以解决现有改性方法的不足。

发明内容