一種氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，屬于納米粘土改性領(lǐng)域。首先將水滑石和去離子水加入三口燒瓶，加熱至100℃，攪拌使其形成乳濁液，然后將氨基磺酸溶解于去離子水中形成澄清溶液，再將溶液緩慢滴入到上述乳濁液中，利用氨基磺酸與水滑石的層間碳酸根反應(yīng)從而使氨基磺酸根取代碳酸根進(jìn)入層間。本發(fā)明的目的是將含硫氮等阻燃元素的阻燃劑陰離子通過正負(fù)電荷作用力進(jìn)入到到水滑石層間，得到一種新型的阻燃陰離子插層改性的水滑石，可與多種樹脂基體共混，在全面提高水滑石阻燃性能的同時(shí)，還可提高其在樹脂基體中的分散性和相容性。
【專利說明】一種氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水滑石層間陰離子改性領(lǐng)域，具體涉及一種氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自1842年前后在瑞典發(fā)現(xiàn)天然存在的層狀粘土礦物之一水滑石類化合物Mg6Al2(OH)16CO3.4Η20 (LDHs)以來，因其具有層間客體陰離護(hù)種類及數(shù)量的可調(diào)控性、層間離子的可交換性、粒徑尺寸及分布的可調(diào)控性、高熱穩(wěn)定性、酸堿性及由MgO6八面體相互共棱，層間通過氫鍵形成的層狀結(jié)構(gòu)，使其在工業(yè)催化、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)、電子材料、納米復(fù)合材料、阻燃材料等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用并顯示出良好的前景。[0003]1942年,Feitknecht等通過共沉淀方法人工合成出了 LDHs,并提出雙層結(jié)構(gòu)模型的設(shè)想。1969年，Allmann通過單晶結(jié)構(gòu)測(cè)定，確定了 LDHs的層狀結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)70~80年代，LDHs及其焙燒產(chǎn)物在催化劑方面的應(yīng)用得到了廣泛研究。近年來，插層LDHs功能材料的制備化學(xué)取得了很大進(jìn)展，Chen等采用共沉淀法制備SDS改性水滑石，然后通過原位聚合制備PMA/OZnAl-LDH納米復(fù)合材；Francis等采用共沉淀法制備了 SDBS改性水滑石，進(jìn)一步熔融復(fù)合制備得到了改性水滑石/PE-g-MAH/LDPE納米復(fù)合材料。利用LDHs結(jié)構(gòu)的多樣性，以多種插層組裝方法將功能性客體插入層間，通過改變插層組裝條件調(diào)節(jié)其性能，可開發(fā)出許多功能超分子插層LDHs材料。
[0004]氨基磺酸NH2SO3H,中含阻燃元素N、S，而且由于酸性較強(qiáng)可以與LDHs的層間C032_反應(yīng)從而進(jìn)入LDHs層板之間。NH2SOf進(jìn)入LDHs層間后，由于N可以形成氫鍵，有助于提高LDHs在大分子中的相容性，同時(shí)提高其阻燃性和熱穩(wěn)定性性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是在于制備一種氨基磺酸根插層改性水滑石，將富含氮硫阻燃元素的阻燃劑通過化學(xué)反應(yīng)插入到水滑石層間，全面提高水滑石阻燃性能的同時(shí)，提高其在樹脂基體中的分散性和相容性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征包括以下步驟:首先將水滑石和去離子水加入三口燒瓶，加熱并用磁力攪拌使其形成乳濁液，然后將氨基磺酸溶解于去離子水中形成澄清溶液，再將溶液緩慢滴入到上述乳濁液中，利用氨基磺酸與水滑石的層間碳酸根反應(yīng)從而使氨基磺酸根取代碳酸根進(jìn)入層間。待反應(yīng)結(jié)束后，過濾并用去離子水誰清洗，干燥。
[0008]本發(fā)明步驟所述的氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征在于所用的水滑石化學(xué)式為Mg6Al2(OH)16CO3.4H20,即為鎂鋁水滑石。
[0009]本發(fā)明步驟所述的氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征在于將5-30質(zhì)量份水滑石和50-300體積份去離子水混合后，加熱到80-100°C，磁力攪拌轉(zhuǎn)速為30-50r/s，持續(xù)20min形成乳濁液，之后降溫至40_50°C。
[0010]本發(fā)明步驟所述的氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征在于用20質(zhì)量份和60質(zhì)量份去離子水配制氨基磺酸溶液，往往乳濁液中持續(xù)加氨基磺酸溶液直至不再產(chǎn)生氣泡。控制pH在3.5-4.5。
[0011]本發(fā)明步驟所述的氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征在于體系在三口燒瓶中反應(yīng)時(shí)間為2-2.5h，反應(yīng)溫度為40-50°C，磁力攪拌轉(zhuǎn)速為30-50r/s。
[0012]本發(fā)明步驟所述的氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征在于過濾時(shí)所用微孔濾膜孔徑為0.3-0.6 μ m，濾紙為常規(guī)濾紙。
[0013]本發(fā)明步驟所述的氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征在于產(chǎn)物用真空烘箱在40-50°C下干燥10-20h。
[0014]本發(fā)明制備了一種全新的層間改性水滑石，將富含氮硫阻燃元素的阻燃劑氨基磺酸插層到水滑石層間，工藝簡(jiǎn)單，原料易得，制備量大，轉(zhuǎn)化率高，可以作為一種新型的高分子阻燃添加劑。
[0015]實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明制備的改性水滑石可與多種樹脂基體共混，從而得到納米復(fù)合材料。改性水滑石可以很好的提高基體樹脂材料的阻燃性能及力學(xué)性能，同時(shí)改善原始水滑石在樹脂基體中分散性、相容性差的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種改性水滑石與原始水滑石的紅外對(duì)比圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種改性水滑石與原始水滑石的XRD對(duì)比圖
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的`一種改性水滑石與原始水滑石的熱重分析對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行較為詳盡的說明。
[0020]實(shí)施例1:
[0021 ] (I) IOg水滑石加入到裝有250ml三口燒瓶，加100mL去離子水，80°C下攪拌20min。待其形成乳濁狀后，降溫至40°C。將IOg氨基磺酸與30ml去離子水充分混合形成氨基磺酸澄清溶液，在將其緩慢滴入三口燒瓶中，待溶液中不在產(chǎn)生氣體后控制PH在
3.5-4.5，用磁力攪拌器在30r/s的攪拌，反應(yīng)2h后，過濾并在40°C下用真空烘箱烘12h得到氨基磺酸根插層的改性水滑石。
[0022]對(duì)改性水滑石與水滑石進(jìn)行紅外分析，相比而言，改性后的水滑石在1371.7cm-1*碳酸根的峰消失了，在1222.3、1129.9、1055.6cm_1處出現(xiàn)S=O的特征峰，809.6cm_1處出現(xiàn)S-O伸縮振動(dòng)特征峰，同時(shí)在3320.4,3268.2cm^處分別出現(xiàn)了 -NH2的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰、對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，同時(shí)層板的Mg-O-Al伸縮、彎曲振動(dòng)峰在780、68001^均都出現(xiàn)，說明層板結(jié)構(gòu)依然在。以上可說明，氨基磺酸根成功取代了碳酸根。
[0023]為了進(jìn)一步驗(yàn)證對(duì)改性水滑石和改性水滑石進(jìn)行XRD分析，由圖中可以看到M-LDH的(003)、(006)晶面衍射峰與LDH相比，均向低角度移動(dòng)，其中(003)衍射峰的2 Θ角由11.57°移至9.66，相應(yīng)的經(jīng)過布拉格方程計(jì)算的d (003)值由0.76變?yōu)?.91 ;110峰基本未變，說明其層板結(jié)構(gòu)未受破壞。這也可以說明氨基磺酸根成功取代了碳酸根，并且擴(kuò)大了層間距。
[0024]再進(jìn)一步驗(yàn)證，對(duì)水滑石和改性水滑石進(jìn)行熱重分析，可以看到改性水滑石的熱分解分為2段，第一階段為氨氣和氮?dú)獾拿摮觯诙A段為二氧化硫的脫出。很明顯，改性后的水滑石熱穩(wěn)定性高于未改性的水滑石。
[0025]實(shí)施例2:
[0026]IOg水滑石加入到裝有250ml三口燒瓶，加100mL去離子水，80°C下攪拌20min。待其形成乳濁狀后，降溫至50°C。將IOg氨基磺酸與30ml去離子水充分混合形成氨基磺酸澄清溶液，在將其緩慢滴入三口燒瓶中，待溶液中不在產(chǎn)生氣體后控制pH在3.5-4.5，用磁力攪拌器在30r/s的攪拌，反應(yīng)2h后，過濾并在40°C下用真空烘箱烘12h得到氨基磺酸根插層的改性水滑石。
[0027]實(shí)施例3:
[0028]IOg水滑石加入到裝有250ml三口燒瓶，加100mL去離子水，80°C下攪拌20min。待其形成乳濁狀后，降溫至50°C。將IOg氨基磺酸與30ml去離子水充分混合形成氨基磺酸澄清溶液，在將其緩慢滴入三口燒瓶中，待溶液中不在產(chǎn)生氣體后控制pH在3.5-4.5，用磁力攪拌器在30r/s的攪拌，反應(yīng)2.5h后，過濾并在40°C下用真空烘箱烘12h得到氨基磺酸根插層的改性水滑石。
[0029]實(shí)施例4:
[0030]20g水滑石加入到裝有250ml三口燒瓶，加200ml去離子水，80°C下攪拌20min。待其形成乳濁狀后，降溫至40°C。將20g氨基磺酸與30ml去離子水充分混合形成氨基磺酸澄清溶液，在將其緩慢滴入三口燒瓶中，待溶液中不在產(chǎn)生氣體后控制pH在3.5-4.5，用磁力攪拌器在30r/s的攪拌，反應(yīng)2h后，過濾并在40°C下用真空烘箱烘12h得到氨基磺酸根插層的改性水滑石。
`[0031]實(shí)施例5:
[0032]20g水滑石加入到裝有250ml三口燒瓶，加100mL去離子水，80°C下攪拌20min。待其形成乳濁狀后，降溫至50°C。將20g氨基磺酸與30ml去離子水充分混合形成氨基磺酸澄清溶液，在將其緩慢滴入三口燒瓶中，待溶液中不在產(chǎn)生氣體后控制pH在3.5-4.5，用磁力攪拌器在30r/s的攪拌，反應(yīng)2.5h后，過濾并在40°C下用真空烘箱烘12h得到氨基磺酸根插層的改性水滑石。
【權(quán)利要求】
1.一種氨基磺酸根插層改性水滑石，其特征在于:將氨基磺酸阻燃劑通過化學(xué)反應(yīng)插層到碳水滑石層間。
2.一種氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征包括以下步驟:首先將水滑石和去離子水加入三口燒瓶，加熱并用磁力攪拌使其形成乳濁液，然后將氨基磺酸溶解于去離子水中形成澄清溶液，再將溶液緩慢滴入到上述乳濁液中，利用氨基磺酸與水滑石的層間碳酸根反應(yīng)從而使氨基磺酸根取代碳酸根進(jìn)入層間。待反應(yīng)結(jié)束后，過濾并用去離子水誰清洗，干燥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征在于所用的水滑石化學(xué)式為Mg6Al2 (OH) 16C03.4H20,即為鎂鋁水滑石。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征在于將5-30質(zhì)量份水滑石和200-300體積份去離子水混合后，加熱到80-100°C，磁力攪拌轉(zhuǎn)速為30-50r/s，持續(xù)20min形成乳濁液，之后降溫至40_50°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征在于用20質(zhì)量份和100質(zhì)量份去離子水配制氨基磺酸溶液，往往乳濁液中持續(xù)加氨基磺酸溶液直至不再產(chǎn)生氣泡?？刂苝H在3.5-4.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征在于體系在三口燒瓶中反應(yīng)時(shí)間為2-2.5h，反應(yīng)溫度為40-50°C，磁力攪拌轉(zhuǎn)速為30-50r/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征在于過濾時(shí)所用微孔濾膜孔徑為0.3-0.6 μ m，濾紙為常規(guī)濾紙。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氨基磺酸根插層改性水滑石及其制備方法，其特征在于產(chǎn)物用真空烘箱在40-50°C下干燥`10-20h。
【文檔編號(hào)】C09C3/08GK103865296SQ201410066881
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】張勝, 江玉, 谷曉昱, 扈中武, 趙靜然 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)