氨基磺酸銨改性高嶺土及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及氨基磺酸銨(AS)插層改性高嶺土及制備方法。首先將適量高嶺土(K)、二甲基亞砜(DMSO)和蒸餾水加入到三口瓶中，放到超聲波反應器中，超聲功率為100W，超聲5h，洗滌干燥得高嶺土-二甲基亞砜(K-DMSO)復合物；然后，取適量K-DMSO和飽和醋酸鉀(KAc)溶液加入到三口燒瓶中，60℃條件下攪拌1d，洗滌干燥得高嶺土-醋酸鉀(K-KAc)復合物；最后，取適量K-KAc和氨基磺酸銨溶液加入到三口燒瓶中，60℃條件下反應1d，洗滌干燥得高嶺土-氨基磺酸銨(K-AS)復合物。本發(fā)明是將含N和S阻燃元素的阻燃劑引入到高嶺土層間，得到一種含N和S阻燃元素的高嶺土，能提高材料的阻燃性能。
【專利說明】氨基磺酸銨改性高嶺土及制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及氨基磺酸銨改性高嶺土領域，具體涉及氨基磺酸銨改性高嶺土及制備 方法

【背景技術】
[0002] 高嶺土（Kaolinite，K)屬于典型的兩層硅酸鹽結構，其理想的化學式為 Al2 [ (OH) 4/Si205]，屬于三斜晶系，是由Si04四面體的六方網層與A10 2 (0H) 4八面體網層在C 軸上做周期性排列且按1:1結合形成的層狀結構。使其在工業(yè)催化、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護、 電子材料、納米復合材料、阻燃材料等領域獲得了廣泛應用并顯示出良好的前景。
[0003] 近年來，層狀納米材料的應用越來越廣，如在阻燃、催化和電流變液等領域的應用 研究相當活躍，其中將功能性離子引入層狀材料片層中間制備的插層材料以及獨特的性能 逐漸被人們所重視。高嶺土屬于非膨脹性層狀硅酸鹽，與蒙脫土不同，層間無可交換性離 子，硅氧四面體片和鋁氧八面體片之間存著非對稱效應，層間主要以氫鍵結合，所以高嶺土 層間粘附力大，因此高嶺土與有機物之間的插層比較困難。研究表明，只有少數強極性小分 子能夠在一定的條件下直接插層到高嶺土層間，如二甲基亞砜、肼、醋酸鉀和甲酰胺等，其 他分子，如吡啶、1-2-丙二醇、苯甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚甲基丙烯酸甲酯等均不能直 接插層到高嶺土層間，但可以通過活性分子的夾帶或置換作用進入層間，從而間接實現(xiàn)高 嶺土的插層改性。
[0004] 氨基磺酸銨（AS)中含氨基以及硫氧雙鍵，通過插層取代的方法可使TU與高嶺土 的內表面羥基形成氫鍵，從而將AS引入到高嶺土層間，而TU中含阻燃元素 N和S，可進一步 提高基體的阻燃性能。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是在于制備氨基磺酸銨改性高嶺土，將含N和S阻燃元素的阻燃劑 通過超聲和化學反應插入到高嶺土層間，全面提高高嶺土的阻燃性能。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0007] 首先將20至40質量份化學式為A12[(0H)4/Si 205]的高嶺土（K)、200至400質量份 二甲基亞砜（DMS0)和20至50質量份去離子水加入到三口燒瓶中，放到超聲波反應器中， 超聲功率100W至250W，超聲時間2h至8h，洗滌干燥得插層型高嶺土 -二甲基亞砜（K-DMS0) 復合物；然后，取1至2質量份K-DMS0和飽和醋酸鉀（KAc)溶液加入到三口瓶中，60°C條件 下反應1至3d，洗滌干燥得插層型高嶺土-醋酸鉀（K-KAc)復合物；最后，取1至2質量份 K-KA樣品和3mol/L至8mol/L氨基磺酸銨溶液20mL加入到三口燒瓶中，60°C條件下反應1 至3d，洗滌干燥得插層型高嶺土-氨基磺酸銨（K-AS)復合物。
[0008] 本發(fā)明制備了一種全新的層間改性高嶺土，將含N和S阻燃元素的阻燃劑氨基磺 酸銨插層到高嶺土層間，工藝簡單，原料易得，制備量大，轉化率高，可以作為一種新型的高 分子阻燃添加劑。
[0009] 實際應用中，本發(fā)明制備的改性高嶺土可與多種樹脂基體共混，從而得到納米復 合材料。改性高嶺土可以很好的提高基體樹脂材料的阻燃性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明實施例提供的改性高嶺土與原始高嶺土的FTIR對比圖；
[0011] 圖2是本發(fā)明實施例提供的改性高嶺土與原始高嶺土的XRD對比圖
[0012] 圖3是本發(fā)明實施例提供的改性高嶺土（K-AS)與原始高嶺土的TG對比圖。

【具體實施方式】
[0013] 下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明技術方案進行較為詳盡的說明。
[0014] 實施例1 :
[0015] (1)將24質量份高嶺土⑷、240ML二甲基亞砜（DMS0)和27ML去離子水加入到 三口瓶中，放到超聲波反應器中，超聲功率為100W，超聲時間為5h，洗滌干燥得插層型高 嶺土 -二甲基亞砜（K-DMS0)復合物；然后，取1質量份K-DMS0和20mL飽和醋酸鉀（KAc) 溶液加入到三口燒瓶中，60°C條件下連續(xù)攪拌反應ld，洗滌干燥得插層型高嶺土-醋酸鉀 (K-KAc)復合物；最后，取1質量份K-KAc和20mL8mol/L氨基磺酸銨溶液加入到三口燒瓶 中，60°C條件下反應ld，洗滌干燥得插層型高嶺土-氨基磺酸銨（K-AS)復合物。
[0016] 對改性高嶺土與高嶺土進行FTIR分析，相比而言，DMS0插層高嶺土后，3694CHT1 處峰的強度相對于3621CHT1處明顯下降，說明高嶺土的大量內表面羥基被破壞，而原來的 3670和3653CHT 1處的吸收峰被3663CHT1處的吸收峰所取代；在3022和2937CHT1處，出現(xiàn) 了甲基反對稱伸縮振動峰和對稱伸縮振動峰，而且在1319CHT 1處出現(xiàn)了甲基的彎曲振動 峰，說明DMS0可能與高嶺土內表面羥基發(fā)生了相互作用；從K-KAc的譜圖發(fā)現(xiàn)，在3607CHT 1 處出現(xiàn)了新的吸收峰，代表KAc的插入高嶺土影響了 K-DMS0中的氫鍵結構，在1602和 1420CHT1處出現(xiàn)了新的吸收峰，分別代表C0CT的反對稱伸縮振動峰和對稱伸縮振動峰， 說明KAc將MeOH取代，KAc與高嶺土內表面羥基發(fā)生了相互作用；從K-AS的譜圖發(fā)現(xiàn)， 在3611CHT 1處出現(xiàn)了新的吸收峰，代表AS的插入高嶺土影響了 K-KAc中的氫鍵結構，在 1404, 1258和1206CHT1處出現(xiàn)了新的吸收峰，分別代表S00_的反對稱伸縮振動峰和對稱伸 縮振動峰，。
[0017] 為了進一步驗證對改性高嶺土和高嶺土進行XRD分析。用DMSO、KAc和AS依次 改性，高嶺土的層間距相應發(fā)生了移動，體現(xiàn)在(!_值的變化，在高嶺土的XRD譜圖中，高嶺 土的001晶面出現(xiàn)在2 Θ = 12. 4°。當DMS0改性后，衍射峰向低角度移動到7. 9°。當用 KAc改性K-DMSO, K-KAc的001晶面的衍射峰移動到6. 2°，當用AS改性K-KAc，K-AS的001 晶面的衍射峰移動7. 45°，插層率達90%。
[0018] 再進一步驗證，對高嶺土和KDP改性高嶺土進行熱失重分析（TG)，可以看到 原始高嶺主要在500-600°C之間脫羥基，生成水；K-DMS0主要在120-180°C之間脫除層 間的DMS0,在500-600°C之間脫羥基；K-KAc主要在340-400°C之間脫除層間的KAc，在 500-600°C之間脫羥基；K-AS主要在200-400°C之間脫除層間的AS，在500-600°C之間脫羥 基，600 °C之后殘?zhí)窟M一步降解。
[0019] 實施例2:
[0020] 將24質量份高嶺土（K)、240ML二甲基亞砜（DMS0)和27ML去離子水加入到三口瓶 中，放到超聲波反應器中，超聲功率為100W，超聲時間為6h，洗滌干燥得插層型高嶺土-二 甲基亞砜（K-DMS0)復合物；然后，取1質量份K-DMS0和20mL飽和醋酸鉀（KAc)溶液加入 到三口燒瓶中，60°C條件下連續(xù)攪拌反應ld，洗滌干燥得插層型高嶺土-醋酸鉀（K-KAc)復 合物；最后，取1質量份K-KAc和20mL8mol/L氨基磺酸銨溶液加入到三口燒瓶中，60°C條件 下反應ld，洗滌干燥得插層型高嶺土-氨基磺酸銨（K-AS)復合物。
[0021] 實施例3:
[0022] 將24質量份高嶺土（K)、240ML二甲基亞砜（DMS0)和27ML去離子水加入到三口瓶 中，放到超聲波反應器中，超聲功率為100W，超聲時間為5h，洗滌干燥得插層型高嶺土-二 甲基亞砜（K-DMS0)復合物；然后，取1質量份K-DMS0和20mL飽和醋酸鉀（KAc)溶液加入 到三口燒瓶中，60°C條件下連續(xù)攪拌反應2d，洗滌干燥得插層型高嶺土-醋酸鉀（K-KAc)復 合物；最后，取1質量份K-KAc和20mL8mol/L氨基磺酸銨溶液加入到三口燒瓶中，60°C條件 下反應ld，洗滌干燥得插層型高嶺土-氨基磺酸銨（K-AS)復合物。
[0023] 實施例4 :
[0024] 將24質量份高嶺土（K)、240ML二甲基亞砜（DMS0)和27ML去離子水加入到三口瓶 中，放到超聲波反應器中，超聲功率為100W，超聲時間為5h，洗滌干燥得插層型高嶺土-二 甲基亞砜（K-DMS0)復合物；然后，取1質量份K-DMS0和20mL飽和醋酸鉀（KAc)溶液加入 到三口燒瓶中，60°C條件下連續(xù)攪拌反應3d，洗滌干燥得插層型高嶺土-醋酸鉀（K-KAc)復 合物；最后，取1質量份K-KAc和20mL8mol/L氨基磺酸銨溶液加入到三口燒瓶中，60°C條件 下反應ld，洗滌干燥得插層型高嶺土-氨基磺酸銨（K-AS)復合物。
[0025] 實施例5 :
[0026] 將24質量份高嶺土（K)、240ML二甲基亞砜（DMS0)和27ML去離子水加入到三口瓶 中，放到超聲波反應器中，超聲功率為100W，超聲時間為5h，洗滌干燥得插層型高嶺土-二 甲基亞砜（K-DMS0)復合物；然后，取1質量份K-DMS0和20mL飽和醋酸鉀（KAc)溶液加入 到三口燒瓶中，60°C條件下連續(xù)攪拌反應ld，洗滌干燥得插層型高嶺土-醋酸鉀（K-KAc)復 合物；最后，取1質量份K-KAc和20mL3mol/L氨基磺酸銨溶液加入到三口燒瓶中，60°C條件 下反應ld，洗滌干燥得插層型高嶺土-氨基磺酸銨（K-AS)復合物。
[0027]
【權利要求】
1. 氨基磺酸銨改性高嶺土，其特征在于：將含N和S阻燃元素的阻燃劑通過超聲和化 學反應插層到高嶺土層間。
2. 氨基磺酸銨改性高嶺土制備方法，其特征包括以下步驟：首先將20至40質量份化 學式為A12[(0H) 4/Si205]的高嶺土（K)、200至400質量份二甲基亞砜（DMSO)和20至50質 量份去離子水加入到三口燒瓶中，放到超聲波反應器中，超聲功率100W至250W，超聲時間 2h至8h，洗滌干燥得插層型高嶺土-二甲基亞砜（K-DMSO)復合物；然后，取1至2質量份 K-DMSO和飽和醋酸鉀（KAc)溶液加入到三口瓶中，60°C條件下反應1至3d，洗滌干燥得插 層型高嶺土-醋酸鉀（K-KAc)復合物；最后，取1至2質量份K-KA樣品和3mol/L至8mol/ L氨基磺酸銨溶液20mL加入到三口燒瓶中，60°C條件下反應1至3d，洗滌干燥得插層型高 嶺土-氨基磺酸銨（K-AS)復合物。
3. 根據權利要求2所述的氨基磺酸銨改性高嶺土制備方法，其特征在于所用的高嶺土 化學式為 A12[(0H)4/Si205]。
4. 根據權利要求2所述的氨基磺酸銨改性高嶺土制備方法，其特征在于將24質量份 高嶺土、240體積份的DMSO和27體積份去離子水混合后，放到超聲波反應器中，超聲功率為 100W，超聲時間為6h，用無水乙醇洗滌3次，60°C恒溫干燥12h后得插層型高嶺土-二甲基 亞砜（K-DMSO)復合物。
5. 根據權利要求2所述的氨基磺酸銨改性高嶺土制備方法，其特征在于將1質量份的 K-DMSO和20體積份的飽和KAc溶液加入到燒杯中，60°C條件下反應ld，用無水乙醇洗滌3 次，60°C恒溫干燥12h后得插層型高嶺土-醋酸鉀（K-KAc)復合物。
6. 根據權利要求2所述的氨基磺酸銨改性高嶺土制備方法，其特征在于將1質量份的 K-KAc和20體積份的8mol/L氨基磺酸銨溶液加入到三口燒瓶中，60°C條件下反應ld，用無 水乙醇洗滌3次，60°C恒溫干燥12h后得插層型高嶺土-氨基磺酸銨（K-AS)復合物。
【文檔編號】C01B33/44GK104192857SQ201410412589
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權日:2014年8月20日
【發(fā)明者】谷曉昱, 唐武飛, 張勝 申請人:北京化工大學