CN104512898A - 剥层云母使用溶胶凝胶水解缩合完成化学改质的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种剥层云母使用溶胶凝胶水解缩合完成化学改质的制备方法。所述方法包括将云母粉末与碱性溶剂混合在高温高压环境下进行离子置换；将离子置换完成的云母过滤收集以去离子水清洗过后，再将云母置于去离子水溶液中；将pH值调整至小于6，云母完成剥层并完全分散于水溶液中，此时水溶液程现完全透明状态；直接使用此云母水溶液进行溶胶凝胶反应以将有机分子插层于云母之间，溶胶凝胶反应结束后，再将反应物的pH值调整至大于7，将析出的云母过滤清洗最后烘干可得到产物。本发明利用混合碱碱性溶液于高温高压环境下制得的云母可在pH小于6的水溶液中剥离并完全分散，有利于溶胶凝胶法对云母进行有机表面改质与插层。
Description
技术领域
本发明关于化学改质云母的制备方法，特别是关于一种经过高度离子置换后的云母，于酸性溶液中剥离且完全分散后使用溶胶凝胶水解缩合法，完成云母化学改质的制备方法
背景技术
已知许多文献及研究指出利用水热法或融熔盐法来对云母进行层间阳离子置换，可致使云母层间的键结力减弱，一般研究使用硝酸锂或氢氧化钠当做离子置换剂。硝酸锂因为其价格高，且硝酸锂与云母的离子置换温度高以及反应时间长等缺失，因而氢氧化钠较为经常使用，其反应较为快速且氢氧化钠的价格亦较便宜。
台湾发明专利公告第I312338号“一种可在酸中膨润的云母制法”乃揭露使用80wt%以上的氢氧化钠及氢氧化锂碱性溶液，搭配20wt%以下其他碱性物质，在一般大气压下对云母进行离子扩散，以获得可在酸中膨润性云母。然而该已知专利所制得的云母大多未经过有机改质，与一般有机物亲合性较差，云母在应用时有分散性不佳的问题。
本发明发明人有鉴于已知技艺的缺失，乃亟思发明改良而发明出剥层云母使用溶胶凝胶水解缩合完成化学改质的制备方法，本发明的制备方法所制造的云母，因利用其在酸性水溶液下具有可剥层且完全分散的特性，直接在酸性环境下进行溶胶凝胶法对云母层间与表面进行化学改质，化学改质制程方便简单，有助于脱层且经化学改质的云母在市场上的应用与泛用性。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种制程简单且可获得已剥层并完成化学改质的云母。
为了达到本发明上述发明目的，本发明提供一种剥层云母使用溶胶凝胶水解缩合完成化学改质的制备方法，包括以下步骤：(a)原料混合步骤：将粉末状的云母与金属碱性溶剂一起加入于压力锅中，其中该粉末状的云母在该金属碱性溶剂的重量比例为5～95%；(b)加压加热反应步骤：将装有该粉末状的云母与该金属碱性溶剂的该压力锅加热搅拌至110℃～280℃，且该压力锅的锅炉压为100psi～1000psi，以及该粉末状的云母与该金属碱性溶剂的离子交换时间为30分钟～24小时；(c)过滤清洗步骤：将完成步骤(b)后的该云母过滤，并直接以去离子水冲洗该云母以去除过多的该金属碱性溶剂；(d)酸化分散步骤：将完成步骤(c)后的该云母加入云母重量1～50倍的去离子水溶液中，并直接加入盐酸、硝酸、醋酸、硫酸或其他可作为溶胶凝胶法催化剂的酸性溶剂，将pH值调至小于6后，此时该云母完全分散于该去离子水溶液中并呈现完全透明状态；(e)溶胶凝胶反应步骤：将pH值持续调整至2后缓慢加入预进行溶胶凝胶反应的化合物重量比为1～200%，剧烈搅拌30分钟～24小时；(f)酸碱中和析出步骤：将完成步骤(e)后的反应溶剂pH值调整到7～8左右，并将剥离且完成化学改质的该云母析出；(g)产物烘干收集步骤：过滤收集该步骤(f)析出后的固体状该云母，并利用去离子水与酒精清洗该固体状云母，以及将该固体状云母于100℃烘干后得出化学改质的云母产物。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1显示了本发明的剥层云母使用溶胶凝胶水解缩合完成化学改质的制备方法的流程图。
符号说明
10 制备方法
101～107 步骤
具体实施方式
请参见本发明图1，本发明的剥层云母使用溶胶凝胶水解缩合完成化学改质的制备方法10，乃包括步骤(101)～(107)，兹分别说明如下内文。步骤(101)为原料混合步骤，步骤(101)是将粉末状的云母与金属碱性溶剂一起加入于压力锅中，其中粉末状的云母在金属碱性溶剂的重量比例为5～95%。在步骤(101)中，将粉末状的云母、氢氧化钠与氢氧化锂，混合碱性溶剂一起加入压力锅中，云母在氢氧化钠与氢氧化锂混合碱性溶剂的重量比例为5～95%。
所述金属碱性溶剂的具体范例可实行氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化钡或其混合物。所述金属碱性溶剂的配置例如以重量百分比记，其中所述金属碱性溶剂对水的重量百分比为5%～95%。所述云母为白云母、绢云母、有色云母、氟云母或叶蜡石。
步骤(102)为加压加热反应步骤，步骤(102)是将装有粉末状的云母与金属碱性溶剂的压力锅加热搅拌至110℃～280℃，且压力锅的锅炉压为100psi～1000psi，以及粉末状的云母与金属碱性溶剂的离子交换时间为30分钟～24小时。当完成步骤(101)后，便进行步骤(102)，在步骤(102)中，将装有(粉末状)云母与金属碱性溶剂的压力锅，加热搅拌至110℃～280℃，而压力锅的锅炉压力要维持在100psi～1000psi，此时在压力锅中(粉末状)云母与金属碱性溶剂进行离子交换，其离子交换时间为30分钟～24小时。
所述压力锅可实行耐强酸强碱的压力斧或耐强酸强碱的压力锅。步骤(102)的加压步骤可于所述压力斧或所述压力锅中完成。
步骤(103)是过滤清洗步骤，步骤(103)是将完成步骤(102)后的云母过滤，并直接以去离子水冲洗云母以去除过多的金属碱性溶剂。在步骤(103)中，结束离子交换时间后，再将云母过滤并直接以去离子水冲洗云母，以去除余留在云母过多的金属碱性溶剂。再者，步骤(103)可利用抽气过滤进行固液分离，以进行云母的过滤与脱水。
步骤(104)是酸化分散步骤，步骤(104)是将完成步骤(103)后的云母加入云母重量1～50倍的去离子水溶液中，并直接加入盐酸、硝酸、醋酸、硫酸或其他可作为溶胶凝胶法催化剂的酸性溶剂，将pH值调至小于6后，此时云母完全分散于该去离子水溶液中并呈现完全透明状态。在步骤(104)中，将已完成过滤清洗的云母加入于云母重量1～50倍的去离子水溶液中，并直接加入例如为硝酸，来作为溶胶凝胶法催化剂，用来将pH值调至小于6，当pH值调至小于6后，此时的云母乃完全分散于去离子水溶液中，并且呈现完全透明状态。
步骤(105)是溶胶凝胶反应步骤，步骤(105)是将pH值持续调整至2后，缓慢加入预进行溶胶凝胶反应的化合物重量比为1～200%，剧烈搅拌30分钟～24小时。在步骤(105)中，持续将步骤(104)的pH值调整至2后，缓慢加入例如3-氨基丙基三甲氧基硅烷，以进行溶胶凝胶反应，3-氨基丙基三甲氧基硅烷的化合物重量比为1～200%，并且剧烈搅拌30分钟～24小时。
在步骤(105)所采用的化合物，可选择采用硅烷化合物，或是可与该云母进行水解缩合反应的化合物。
步骤(106)是酸碱中和析出步骤，步骤(106)是将完成步骤(105)后的反应溶剂pH值调整到7～8左右，并将剥离且完成化学改质的云母析出。在步骤(106)中，将完成步骤(105)后的反应溶剂其pH值调整7～8左右，并将剥离且完成化学改质的云母析出。
步骤(107)是产物烘干收集步骤，步骤(107)是过滤收集步骤(106)析出后的固体状的该云母，并利用去离子水与酒精清洗固体状云母，以及将固体状云母于100℃烘干后得出化学改质的云母产物。在步骤(107)中，过滤收集呈固体状的云母，并利用去离子水与酒精清洗呈固体状的云母，以及将呈固体状的云母于100℃烘干，烘干后便得出化学改质的云母产物。
经由本发明所制得的云母，因其化学改质后云母带有与树酯亲合性的官能基，加上云母剥层后比表面积上升的原因，通过本发明制得的剥层化学改质云母，乃可应用于聚酯、环氧、PBT、聚酰胺、碳酸酯等热塑性和热固性树脂的填充物，能够大幅度提高塑料的机械强度与电气性能，此即本发明显著进步所在。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (10)
1.一种剥层云母使用溶胶凝胶水解缩合完成化学改质的制备方法，包括以下步骤：
(a)原料混合步骤：将粉末状的云母与金属碱性溶剂一起加入于压力锅中，其中该粉末状的云母在该金属碱性溶剂的重量比例为5～95%；
(b)加压加热反应步骤：将装有该粉末状的云母与该金属碱性溶剂的该压力锅加热搅拌至110℃～280℃，且该压力锅的锅炉压为100psi～1000psi，以及该粉末状的云母与该金属碱性溶剂的离子交换时间为30分钟～24小时；
(c)过滤清洗步骤：将完成步骤(b)后的该云母过滤，并直接以去离子水冲洗该云母以去除过多的该金属碱性溶剂；
(d)酸化分散步骤：将完成步骤(c)后的该云母加入于该云母重量1～50倍的去离子水溶液中，并直接加入盐酸、硝酸、醋酸、硫酸或其他可作为溶胶凝胶法催化剂的酸性溶剂，将pH值调至小于6后，此时该云母完全分散于该去离子水溶液中并呈现完全透明状态；
(e)溶胶凝胶反应步骤：将pH值持续调整至2后缓慢加入预进行溶胶凝胶反应的化合物重量比为1～200%，剧烈搅拌30分钟～24小时；
(f)酸碱中和析出步骤：将完成步骤(e)后的反应溶剂pH值调整到7～8左右，并将剥离且完成化学改质的该云母析出；
(g)产物烘干收集步骤：过滤收集该步骤(f)析出后的固体状该云母，并利用去离子水与酒精清洗该固体状云母，以及将该固体状云母于100℃烘干后得出化学改质的云母产物。
2.如权利要求1所述的制备方法，其中该步骤(a)的该云母为白云母、绢云母、有色云母、氟云母或叶蜡石。
3.如权利要求1所述的制备方法，其中该步骤(a)的该金属碱性溶剂为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化钡或其混合物。
4.如权利要求1所述的制备方法，其中该步骤(a)的该金属碱性溶剂的配置以重量百分比记，其中该金属碱性溶剂对水的重量百分比为5%～95%。
5.如权利要求1所述的制备方法，其中该步骤(b)的加压步骤可于耐强酸强碱的压力斧或压力锅中完成。
6.如权利要求1所述制备方法，其中该步骤(c)是利用抽气过滤进行固液分离，以进行该云母的过滤与脱水。
7.如权利要求1所述的制备方法，其中该步骤(d)的酸化分散步骤可于水或其它可进行溶胶凝胶反应的溶剂中进行。
8.如权利要求1所述的制备方法，其中该步骤(e)的溶胶凝胶反应步骤调整pH值所使用的酸为盐酸、硝酸、醋酸、硫酸或其他可作为溶胶凝胶法催化剂的酸性溶剂。
9.如权利要求1所述的制备方法，其中该步骤(g)中使用的化合物为硅烷化合物或可与该云母进行水解缩合反应的化合物。
10.如权利要求1所述的制备方法，其中该步骤(a)～该步骤(g)的化学改质是于水解缩合反应中完成。
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