一种复合改性剂改性有机蒙脱土的方法与流程

本发明涉及无机填料技术领域，涉及改性粉体及其制备，具体涉及一种复合改性剂改性有机蒙脱土的方法。

背景技术：

在高分子化工中，填料是用量最大的添加剂，几乎所有的塑料、橡胶和涂料都使用了大量的填料。其中聚合物/粘土纳米复合材料具有优异的机械性能、热稳定性、气体阻隔性、阻燃性等等，较传统聚合物/无机填料复合材料具有无可比拟的优点。蒙脱土是一种天然矿物，具有特殊的化学组成和晶体结构，因此它具有膨胀性、分散性、悬浮性、粘结性和阳离子交换性等许多独特性能，利用这些性能，蒙脱土已在航空航天、石油、食品、日用化工以及环保等领域得到广泛应用。

蒙脱土的主要成分为二氧化硅三氧化铝，并含有少量的镁、钙、钾、钠、铁、铜等离子，它的结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构，在四面体和八面体中，高价的硅离子和铝离子可被其它低价阳离子置换，通过这种置换使蒙脱土晶胞带负电荷，成为一个大的负离子，从而使它具有吸附某些阳离子的能力，但这些阳离子与晶体的结合不牢固，易被其它低价离子所置换，这些离子的交换作用主要是在晶层间进行的，因此并不影响蒙脱土的结构。但不同的层间阳离子，对蒙脱土的物化性能有较大影响，这些层间阳离子同时具有较强的水合作用，能够在层间吸附相当于自身体积8-20倍的水而膨胀至30倍，在水介质中能分散呈胶体悬浮液，因此在水中具有较大的膨胀性，又由于蒙脱土矿物晶粒细小，具有较大的比表面积，且层间作用力较弱，在溶剂作用下易发生剥离、膨胀、分离而形成更薄的单晶片，使蒙脱土具有较大的内表面积，因此蒙脱土具有较高的吸附能力。

未改性蒙脱土为粘性且质地紧实的黏土块状，直接填充到高分子材料，效果不佳。要得到性能更优异的高分子/蒙脱土纳米复合材料，必须对蒙脱土进行改性，使其层间距增大，亲水性变为亲油性，现有的技术主要分为有机改性、无机改性，还有用微生物处理的微生物改性。目前所采用的蒙脱土的有机改性剂主要有氨基酸、有机季铵盐、聚合物单体、偶联剂、茂金属、有机季鏻盐等几种。无机改性剂主要有无机盐和酸两类。微生物改性主要以硫酸盐还原菌为主。这些改性方法的工艺较复杂、制备周期长，另外剥离效果不明显。所以发明出一种成本低廉，工艺简单，完全剥离的蒙脱土改性工艺是当前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种复合改性剂改性有机蒙脱土的方法，使用蒙脱土料浆、kh550、otac为原料，使用水热法制备出改性蒙脱土粉体，其具有改善无机材料在有机物分散性作用，将其按一定比例进行混合，可起到比单一改性更优异的吸附能力及分散性能且具有良好的热稳定性、化学稳定性、结构稳定性，它的高比表面积也赋予了它良好的吸附效果，所以是一种理想的增强材料。该制备方法工艺简捷，反应周期短，具有批量生产的前景。

本发明的技术方案为：一种复合改性剂改性有机蒙脱土的方法，其具体步骤如下：

(1)蒙脱土原浆的分散

将蒙脱土浆料放入容器中，加入水，使用细胞破碎仪进行预分散，并在一定温度下搅拌，获得蒙脱土悬浮液；

(2)蒙脱土-复合改性剂悬浮液的制备

量取步骤(1)中获得的蒙脱土悬浮液，放入酸溶液，调节ph为6-8，再加入含氧硅烷和硅烷偶联剂配比的复合改性剂，在40-70℃搅拌3-6h，得到蒙脱土-复合改性剂悬浮液；

(3)改性蒙脱土粉体的获得

将步骤(2)得到的蒙脱土-复合改性剂悬浮液加水抽滤(可重复上述操作)，放入80-100℃烘箱中烘干共计12～36h；其中每烘干2～4h停止烘干5～20min；将干燥后的块状蒙脱土研磨过筛得改性蒙脱土粉体。

优选步骤(1)中所述的蒙脱土浆料的浓度为0.5～1.5g/ml，蒙脱土浆料和水的体积比为1：(1.5～2.5)。

优选步骤(1)中使用细胞破碎仪进行预分散的时间为4～8min。

优选步骤(1)中所述的温度为20-50℃；搅拌的时间为0.5-2h。

优选于步骤(2)所使述的复合改性剂中含氧硅烷和硅烷偶联剂质量比为1:(1～2)；所述的含氧硅烷为十八烷基二甲基氯化铵(otac)，所述的硅烷偶联剂为kh550。

优选复合改性剂与蒙脱土浆料的质量比为1:(100～200)。

优选步骤(2)中的酸溶液为盐酸水溶液或硫酸水溶液；酸溶液的浓度为0.5～2mol/l。

优选步骤(3)中所述的过筛为过300目筛。

本发明制得的有机蒙脱土层间距由1.264nm可增加为1.932nm。

有益效果：

(1)本发明制备得到的改性蒙脱土片层结构增加，相较于原有蒙脱土分散性改善。

(2)本发明使用酸处理法制备无需热处理即可制得改性蒙脱土粉体，操作简单，且生产出的样品稳定性好，有望实现批量生产。

(3)本发明制得的改性蒙托土粉体用于高分子的增强材料，成本低且增强效果好。

附图说明

图1为实例1方法所制备的使用kh550-otac改性蒙脱土的xrd分布图；

图2为实例1方法所制备的使用kh550-otac改性蒙脱土的sem分布图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步说明，但保护范围并不限于此。

实例1

在烧杯中加入蒙脱土原浆100ml(室温下密度约为1.5g/ml)，加入150ml的水使用细胞破碎仪分散6min,并在30℃水浴条件下搅拌1.5h，用2mol/lhcl调节ph＝7，再加入0.5g的otac和0.5g的kh550，水浴加热60℃搅拌5h，抽滤，用水洗涤3次，取出放入100℃的恒温干燥箱中烘干24h，其中每3h放气10min。烘干过后将改性蒙脱土用研钵磨成细粉状过300目筛。图1为kh550-otac改性蒙脱土与未改性蒙脱土的ftir分布图，蒙脱石的si-o-si键的不对称伸缩振动吸收峰均在1040cm^-1但使用kh550-otac的改性蒙脱土吸收峰走势改变原因为kh550的si-o-si基团进入了蒙脱土层内各处基团反应增加因此吸收峰变得平缓；蒙脱石的h-o-h键的弯曲振动吸收峰在1640cm^-1处且强度增加，表明otac的加入改变了蒙脱石的活性；2800cm^-1处的双峰为al-oh基团特征峰，表明改性剂增大蒙脱石的层间距，使得处于层间al-oh基团游离出来；蒙脱石层间水分子h-o-h键由3650cm^-1右移至3580cm^-1且强度增加，这是因为层间距增加使得层间基团得以被检测，本实例制得的有机蒙脱土层间距由1.264nm增加为1.932nm。图2为使用kh550-otac改性蒙脱土的sem分布图，图中改性蒙脱土为片层结构且大小略有不同，这是由于细胞破碎机的震动造成的。

实例2

在烧杯中加入蒙脱土原浆100ml(室温下密度约为1.2g/ml)，加入200ml的水使用细胞破碎仪分散4min,并在20℃水浴条件下搅拌2h，用0.5mol/lhcl调节ph＝6，再加入0.25g的otac和0.5g的kh550，水浴加热40℃搅拌6h，抽滤，用水洗涤3次，取出放入80℃的恒温干燥箱中烘干36h，其中每4h放气10min。烘干过后将改性蒙脱土用研钵磨成细粉状过300目筛。采用相同的方法分析得到本实例制得的有机蒙脱土层间距由1.271nm增加为1.862nm。

实例3

在烧杯中加入蒙脱土原浆150ml(室温下密度约为0.5g/ml)，加入250ml的水使用细胞破碎仪分散8min,并在40℃水浴条件下搅拌1h，用1mol/lh2so4调节ph＝8，再加入0.5g的otac和0.9g的kh550，水浴加热70℃搅拌3h，抽滤，用水洗涤3次，取出放入90℃的恒温干燥箱中烘干30h，其中每2h放气7min。烘干过后将改性蒙脱土用研钵磨成细粉状过300目筛。本实例制得的有机蒙脱土层间距由1.272nm增加为1.844nm。

实例4

在烧杯中加入蒙脱土原浆100ml(室温下密度约为0.8g/ml)，加入175ml的水使用细胞破碎仪分散5min,并在50℃水浴条件下搅拌0.5h，用1.5mol/lh2so4调节ph＝7，再加入0.25g的otac和0.25g的kh550，水浴加热50℃搅拌4h，抽滤，用水洗涤3次，取出放入85℃的恒温干燥箱中烘干32h，其中每3h放气18min。烘干过后将改性蒙脱土用研钵磨成细粉状过300目筛。本实例制得的有机蒙脱土层间距由1.259nm增加为1.796nm。

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