CN102372274B - 双官能团改性蒙脱土分散液的制备方法 - Google Patents

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双官能团改性蒙脱土分散液的制备方法，涉及蒙脱土纳米复合材料制备工艺的纳米蒙脱土分散方法。本发明的技术方案将纳米蒙脱土表面接枝官能团和在乙醇中分散，其特征是将乙醇和水的混合溶液、氧化锆小球、季铵盐表面改性过的纳米蒙脱土一起加入到双层不锈钢容器中，在的搅拌速率下预搅拌，双层不锈钢容器通冷凝水冷却混合液；随后加入硅烷偶联剂KH560，并调节混合液的pH值，高速搅拌后，停冷却水一段时间，以提高混合液的温度，在高速搅拌下使KH560与季铵盐改性过的纳米蒙脱土表面反应；最后再通冷却水一段时间，停搅拌，过滤掉氧化锆小球，得到表面接枝改性纳米蒙脱土的分散液。

Description

双官能团改性蒙脱土分散液的制备方法
技术领域
本发明涉及蒙脱土纳米复合材料制备工艺的纳米蒙脱土(MMT)分散方法。
背景技术
在制备聚合物基蒙脱土纳米复合材料的过程中，由于MMT层间距仅为1nm左右，且层间化学微环境为亲水增油性，不利于单体或大分子插层。如果不预先对蒙脱土做改性，直接进行与聚合物的共混或原位聚合，不易得到聚合物/蒙脱土纳米复合材料，通常只能得到传统的填充聚合物，由于有机相与无机相不相容性，无法得到性能优异的纳米复合材料。
目前通常采用小分子的季铵盐与MMT发生离子交换，改变MMT的层间环境，使其由亲水性变为疏水性，扩大MMT的层间距，可使聚合物单体在MMT层间进行聚合，制备剥离型的纳米复合材料。(陶瑞丽，潘春跃，等.聚苯乙烯/蒙脱土复合材料的制备及表征.材料导报，2008，3(22)：120-123.)但季铵盐只改变了MMT的表面特性和扩大了MMT的层间距，并没有在MMT表面上接枝上一些特殊官能团，使其能够和一些分子链段末端含有特征官能团的聚合物发生化学反应，从而进一步加强MMT与聚合物之间界面结合强度。对MMT先进行季铵盐的有机阳离子改性，再在MMT表面接枝官能团的两次改性方法未见报道。
另一方面，目前对MMT加入到聚合物前，通常是首先采用在溶液中对MMT改性，之后对改性的MMT干燥，最后通过共混的方法将MMT加入到聚合物(项赛飞，孙莉，等.HDPE/PA6/有机蒙脱土复合体系的结构及性能.2007，24(3)：63-66.)或通过高速搅拌的方式将MMT加入到聚合物单体中(贾翌，田贵山，等.原位聚合法制备聚丙烯腈/蒙脱土插层共混材料初探.硅酸盐通报，2009，28(5)：940-943.)，以提高MMT在聚合物中的分散性。将MMT分散在有机溶剂的同时，进行MMT表面改性的方法未见报道。
发明内容
本发明的目的是为原位聚合制备蒙脱土纳米复合材料提供前期MMT改性及分散的方法。
本发明的技术方案将纳米蒙脱土表面接枝官能团和在乙醇中分散，其特征是将乙醇和水按比例为90∶10的混合溶液、作为球磨介质的直径为0.8mm氧化锆小球、季铵盐表面改性过的纳米蒙脱土一起加入到双层不锈钢容器中，上述组份的配比为：210ml的乙醇和水的混合溶液：600g的作为球磨介质的氧化锆小球：7.8g的季铵盐改性过的纳米蒙脱土，在1000转/min的搅拌速率下预搅拌20min，双层不锈钢容器通冷凝水冷却混合液；随后加入0.16g～0.31g硅烷偶联剂KH560，并通过1mol/l盐酸调节混合液的pH值至4.5～5.5，在4000转/min的高速搅拌20min后，停冷却水一段时间，以提高混合液的温度，在高速搅拌下使KH560与季铵盐改性过的纳米蒙脱土表面反应；最后再通冷却水一段时间，停搅拌，过滤掉氧化锆小球，得到表面接枝改性纳米蒙脱土的分散液。
本发明的突出特点是制备工艺简单，成功将纳米蒙脱土充分分散在乙醇有机溶剂的同时，实现纳米蒙脱土的表面接枝改性，所得到的纳米蒙脱土乙醇分散液不仅具有良好的分散性而且具有良好的稳定性，为原位聚合制备蒙脱土纳米复合材料奠定了基础。目前原位聚合制备纳米蒙脱土复合材料，通常采取首先有机改性蒙脱土，再将蒙脱土分散在有机溶剂的二步法，而本方法采取一步法同时解决了原位聚合制备纳米蒙脱土复合材料过程中的两个难题，提供了一种改性蒙脱土的新方法，本方法工艺流程和操作均十分简单，利于工业化的推广。
附图说明
图1KH560改性前后的MMT的红外谱图。
图2本方法制备的MMT在乙醇中的电镜图。
具体实施方式
实施例一：将210ml的乙醇和水的混合溶液(乙醇和水的比例是90∶10)、600g的作为球磨介质的氧化锆小球(直径是0.8mm)、7.8g的季铵盐改性过的MMT，一起加入到500ml双层不锈钢容器中，在1000转/min的搅拌速率下预搅拌20min，不锈钢容器通冷凝水以冷却混合溶液。然后加入0.16g的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂(KH560)，并通过1mol/l盐酸调节混合液的pH值至5.5，在4000转/min的搅拌速率下搅拌20min后，停冷却水50min，以提高混合溶液的温度，使KH560与季铵盐改性过的MMT反应。最后通冷却水10min时间，停搅拌，过滤掉氧化锆小球，得到表面接枝改性MMT的分散液。
图1说明按实施例1制备MMT在乙醇中的分散液，其中KH560添加量分别为无添加、添加1％、2％、4％(相对于MMT的质量百分含量)。得到过滤掉氧化锆的分散液在85℃干燥箱中干燥24h后，将得到的干燥MMT用滤纸包住，放入球形脂肪抽出器中，用无水乙醇抽提24h，洗去表面残留的KH560后，70℃干燥12h后进行傅里叶红外光谱测试。从图1可以看出，随着KH560含量的增加，代表MMT末端Si OH伸缩链段的3631cm-1处特征峰逐渐减弱，这是由于KH560可与MMT表面的硅烷醇基反应，随着KH560含量的增加，MMT表面Si OH官能团与之反应，故其特征峰减弱，充分说明MMT表面与KH560发生了接枝化学反应。
实施例二：将210ml的乙醇和水的混合溶液(乙醇和水的比例是90∶10)、600g的作为球磨介质的氧化锆小球(直径是0.8mm)、7.8g的季铵盐改性过的MMT，一起加入到500ml双层不锈钢容器中，在1000转/min的搅拌速率下预搅拌20min，不锈钢容器通冷凝水以冷却混合溶液。然后加入0.31g的硅烷偶联剂KH560，并通过1mol/l盐酸调节混合液的pH值至4.5，在4000转/min的搅拌速率下搅拌20min后，停冷却水50min，以提高混合溶液的温度，使KH560与季铵盐改性过的MMT反应。最后通冷却水10min时间，停搅拌，过滤掉氧化锆小球，得到表面接枝改性MMT的分散液。从图2可以看到MMT在乙醇中的分散性优异，团聚体很少。

Claims (1)

1.双官能团改性蒙脱土分散液的制备方法，将纳米蒙脱土表面接枝官能团和在乙醇中分散，其特征是将乙醇和水按比例为90∶10的混合溶液、直径为0.8mm氧化锆小球、季铵盐表面改性过的纳米蒙脱土一起加入到双层不锈钢容器中，在1000转/min的搅拌速率下预搅拌20min，上述组份的配比为：210ml的乙醇和水的混合溶液：600g氧化锆小球：7.8g季铵盐改性过的纳米蒙脱土，双层不锈钢容器通冷凝水冷却混合液；随后加入0.16g～0.31g硅烷偶联剂KH560，并通过1mol/l盐酸调节混合液的pH值至4.5～5.5，在4000转/min的高速搅拌20min后，停冷却水一段时间，以提高混合液的温度，在高速搅拌下使KH560与季铵盐改性过的纳米蒙脱土表面反应；最后再通冷却水一段时间，停搅拌，过滤掉氧化锆小球，得到表面接枝改性纳米蒙脱土的分散液。
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