專利名稱：一種雙官能團(tuán)有機(jī)改性蒙脫土的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料科學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種雙官能團(tuán)有機(jī)改性蒙脫土的制備方法。
背景技術(shù)：
蒙脫土屬2 I型層狀硅酸鹽，其結(jié)構(gòu)單元主要是由一片鋁氧八面體夾在兩片硅氧四面體之間靠共用氧原子而形成的層狀結(jié)構(gòu)，兩四面體與嵌于其間的八面體通過共用氧原子形成，形成厚O. 96 nm，寬厚比約100-1000高度有序的準(zhǔn)二維晶片。蒙脫土 /聚合物納米復(fù)合材料兼具有機(jī)高分子材料和無機(jī)材料的特點(diǎn)，比常規(guī)聚合物基材表現(xiàn)出更優(yōu)異的 力學(xué)性能、熱性能等。但是這些優(yōu)異的性能往往來自于蒙脫土在聚合物中納米尺寸的分散和兩者之間強(qiáng)的界面相容性。因此，在與聚合物進(jìn)行共混前通常需要對蒙脫土進(jìn)行有機(jī)化改性。目前大部分的研究通過采用陽離子的季銨鹽對蒙脫土進(jìn)行有機(jī)化插層改性來提高其與聚合物基體之間的相容性。也有報(bào)道通過在聚合物基體中引入極性功能基團(tuán)如馬來酸酐來增加相容性。但是，所用改性劑的單一性限制了它們的應(yīng)用。近年來，有研究者YoonJS 等(參見 Macromolecular Rapid Communications, 2005, 26, 183)報(bào)道將娃燒偶聯(lián)劑引入有機(jī)蒙脫土進(jìn)行有機(jī)化改性，硅烷偶聯(lián)劑末端官能團(tuán)能與聚合物基體之間產(chǎn)生特異性相互作用，增加蒙脫土與聚合物之間的界面相容性，擴(kuò)大有機(jī)蒙脫土的應(yīng)用范圍。與未用偶聯(lián)劑改性的蒙脫土相比，偶聯(lián)劑改性蒙脫土 /聚合物納米復(fù)合材料的性能顯著增強(qiáng)，研究結(jié)果證實(shí)主要是由于改性蒙脫土與聚合物之間相容性增強(qiáng)的結(jié)果。但是該方法是直接選用商業(yè)化的有機(jī)蒙脫土進(jìn)行硅烷偶聯(lián)劑改性，選用的原料價(jià)格昂貴，對實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用指導(dǎo)意義不大。此外，有機(jī)季銨鹽插層一般采用溶液或熔融聚合的方法，但均有一定的局限性。溶液插層中大量有機(jī)溶劑的引入不易回收，帶來環(huán)境污染問題，且一般反應(yīng)時(shí)間較長。而熔融插層中高溫可能引起季銨鹽的降解，造成有機(jī)化改性達(dá)不到預(yù)期效果。通過超臨界CO2反應(yīng)法制備有機(jī)蒙脫土能直接得到超細(xì)粉末，且CO2具有來源廣泛、廉價(jià)易得，無毒阻燃，反應(yīng)條件適中，反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，因而近年來得到越來越廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙官能團(tuán)有機(jī)改性蒙脫土的制備方法，它能增加蒙脫土與聚合物之間的相容性，擴(kuò)大有機(jī)蒙脫土的使用范圍，同時(shí)實(shí)現(xiàn)插層過程的綠色環(huán)保，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的雙官能團(tuán)有機(jī)改性蒙脫土的制備方法，包括以下步驟(1)按重量份數(shù)計(jì)算，取35 90份硅烷偶聯(lián)劑分散于乙醇和水的混合溶液中水解4小時(shí)，乙醇和水的質(zhì)量比為9:1，然后加入100份蒙脫土，在70 90°C的溫度下加熱回流24小時(shí)，獲得偶聯(lián)劑接枝改性蒙脫土 ；(2)取100份偶聯(lián)劑接枝改性蒙脫土，向偶聯(lián)劑接枝改性蒙脫土中加入30 90份長鏈烷基季銨鹽或季磷鹽，將它們加入到超臨界CO2反應(yīng)釜中，在溫度為40 80°C、壓力為20MPa的條件下反應(yīng)2小時(shí)后，取出反應(yīng)物；將反應(yīng)物洗滌至加入硝酸銀溶液無沉淀產(chǎn)生，即得到雙官能團(tuán)有機(jī)改性蒙脫土。所述的硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)式為
權(quán)利要求
1.一種雙官能團(tuán)有機(jī)改性蒙脫土的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)按重量份數(shù)計(jì)算，取35 90份硅烷偶聯(lián)劑分散于乙醇和水的混合溶液中水解4小時(shí)，乙醇和水的質(zhì)量比為9:1，混合溶液為2000份，然后加入100份蒙脫土，在70 90°C的溫度下加熱回流24小時(shí)，在室溫下過濾，并用乙醇洗滌四次，再將固體產(chǎn)物在90°C下真空干燥24h，獲得偶聯(lián)劑接枝改性蒙脫土 ；(2)取100份偶聯(lián)劑接枝改性蒙脫土，向偶聯(lián)劑接枝改性蒙脫土中加入30 90份長鏈烷基季銨鹽或季磷鹽，將它們加入到超臨界CO2反應(yīng)釜中，在溫度為40 80°C、壓力為20MPa的條件下反應(yīng)2小時(shí)后，取出反應(yīng)物；先用去離子水洗滌反應(yīng)物至加入硝酸銀溶液無沉淀產(chǎn)生，然后用無水乙醇洗滌，90° C干燥24小時(shí)，即得到雙官能團(tuán)有機(jī)改性蒙脫土。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙官能團(tuán)有機(jī)改性蒙脫土的制備方法，其特征在于所述的硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)式為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙官能團(tuán)有機(jī)改性蒙脫土的制備方法，其特征在于所述的長鏈烷基季銨鹽或季磷鹽的結(jié)構(gòu)式為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙官能團(tuán)有機(jī)改性蒙脫土的制備方法，其特征在于在乙醇和水的混合溶液中還加入醋酸，使該混合溶液的pH為3. 5 4. 5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙官能團(tuán)有機(jī)改性蒙脫土的制備方法，包括以下步驟(1)按重量份數(shù)計(jì)算，取硅烷偶聯(lián)劑分散于乙醇和水的混合溶液中水解4小時(shí)，然后加入100份蒙脫土，并用乙醇洗滌，再將固體產(chǎn)物在真空干燥，獲得偶聯(lián)劑接枝改性蒙脫土；(2)取偶聯(lián)劑接枝改性蒙脫土，向偶聯(lián)劑接枝改性蒙脫土中加入長鏈烷基季銨鹽或季磷鹽，將它們加入到超臨界CO2反應(yīng)釜中，反應(yīng)后取出反應(yīng)物；先用去離子水洗滌反應(yīng)物至加入硝酸銀溶液無沉淀產(chǎn)生，然后用無水乙醇洗滌，干燥后即得到雙官能團(tuán)有機(jī)改性蒙脫土。本發(fā)明不僅進(jìn)一步擴(kuò)大了蒙脫土的層間距，而且引入的硅烷偶聯(lián)劑末端功能基團(tuán)與聚合物之間特異性反應(yīng)能增加蒙脫土與聚合物之間的相容性。
文檔編號C01B33/44GK102963898SQ201210518920
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者何文濤, 于杰, 秦舒浩, 姚勇, 何敏, 張凱, 龍麗娟, 徐國敏 申請人:貴州省復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心