CN1208400C - 亲水性纳米蒙脱土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米材料领域，特别涉及亲水性纳米蒙脱土及其制备方法。该方法包括以钠基蒙脱土为基本原料，其中钠基蒙脱土的电荷交换量为80-100mmol/100g，将有机插层剂的盐酸溶液加入到含有3wt%-10wt%的钠基蒙脱土的水溶液内，其中，有机插层剂∶钠基蒙脱土的电荷交换量的摩尔数比为1∶1-2∶1；制成有机蒙脱土浆料；向制备出的有机蒙脱土浆料中加入改性剂，其中改性剂与有机插层剂的摩尔数比为1∶1-4∶1；在40-80℃的温度下搅拌3-6小时，获得的亲水性纳米蒙脱土的组成为亲水性有机插层剂∶蒙脱土的重量比为1∶1-1∶10。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料领域，特别涉及亲水性纳米蒙脱土及其制备方法。
背景技术
纳米技术自上世纪八十年代出现至今得到了长足的发展，特别是纳米蒙脱土在纳米材料中得到了广泛的应用。但是几乎有关纳米蒙脱土的报道都是关于纳米蒙脱土在工程塑料中的应用，如专利申请号为96105362《一种聚酰胺/粘土纳米复合材料及其制备方法》；专利申请号为98103038《聚苯乙烯/粘土纳米复合材料及其制备方法》；专利申请号为98117488《聚丙烯/蒙脱土插层复合材料及其制备方法》的专利申请都对蒙脱土在纳米材料中的应用进行了论述，在这些专利申请里详细描述了层状硅酸盐如钠基蒙脱土等可以用于制备工程塑料纳米复合材料。蒙脱土的基本结构单元是由一片铝氧八面体夹在两片硅氧四面体之间，靠共用氧原子而形成的层状结构；每个结构单元的厚度约为1nm，长×宽约为100×100nm2的片层。层间有可交换性的阳离子，如Na+、Ca2+、Mg2+等，它们可以与无机金属离子、有机阳离子型表面活性剂和阳离子染料等进行离子交换。在制备工程塑料纳米复合材料时，常采用有机阳离子(插层剂)进行离子交换，而使层间距离增大，并改善层间微环境，使粘土内外表面由亲水转变为疏水，降低硅酸盐表面能，以有利于单体或聚合物插入层间，形成工程塑料纳米复合材料。纳米蒙脱土在其它行业中的应用未见报道，尤其未见有将纳米蒙脱土制成可以用于强极性材料中的亲水性纳米蒙脱土。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术无法获得用于强极性材料中的亲水性纳米蒙脱土，提供一种亲水性纳米蒙脱土。
本发明的另一目的是提供一种在钠基蒙脱土的基础上，将有机插层剂插入到钠基蒙脱土片层中制成有机蒙脱土，再用改性剂对有机蒙脱土进行改性，制成亲水性纳米蒙脱土的制备方法。
本发明是以钠基蒙脱土为原料，将钠基蒙脱土加入到蒸馏水中制成钠基蒙脱土的悬浮液，然后将有机插层剂加入到钠基蒙脱土的悬浮液中，制成有机蒙脱土浆料；再将改性剂加入到有机蒙脱土浆料中，对有机蒙脱土进行改性，其中改性剂与有机插层剂反应生成亲水性有机插层剂，使有机蒙脱土由疏水型转变为亲水型，增加硅酸盐的表面能，以有利于强极性的单体或高分子与纳米蒙脱土的亲合，同时使有机蒙脱土转变为纳米蒙脱土，制成亲水性纳米蒙脱土。
本发明的亲水性纳米蒙脱土由亲水性有机插层剂和蒙脱土组成，其中，亲水性有机插层剂：蒙脱土的重量比为1∶1-1∶10。亲水性纳米蒙脱土已经不具有层状结构，呈现一种完全剥离的状态。亲水性有机插层剂与完全剥离的蒙脱土紧密结合在一起。亲水性纳米蒙脱土可以与所有具有强极性的物质进行亲合。
所述的有机插层剂为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、三聚氰胺、十六胺、二硬脂胺、N，N-二甲基十二胺、N，N-二甲基十八胺、双十八烷基二甲基氯化铵或它们的混合物等。
本发明的亲水性纳米蒙脱土的制备方法包括将钠基蒙脱土加入到蒸馏水中制成钠基蒙脱土的悬浮液，然后将有机插层剂加入到钠基蒙脱土的悬浮液中，制成有机蒙脱土浆料，再将改性剂加入到有机蒙脱土中，对有机蒙脱土进行改性，其中改性剂与有机插层剂反应生成亲水性有机插层剂，制成亲水性纳米蒙脱土。该方法步骤为：
(1).有机蒙脱土的制备：
以钠基蒙脱土为基本原料，其中钠基蒙脱土的电荷交换量为80-100mmol/100g，在温度为60-90℃及搅拌下，将有机插层剂的盐酸溶液加入到含有3wt％-10wt％的钠基蒙脱土的水溶液内，其中，有机插层剂∶钠基蒙脱土的电荷交换量的摩尔数比为1∶1-2∶1；搅拌，保温1-3小时，使有机插层剂与Na+进行离子交换；溶液进行过滤，对滤饼进行洗涤至无氯离子，得到有机蒙脱土浆料。取少量有机蒙脱土浆料测其浓度，以便加入改性剂。
(2).亲水性纳米蒙脱土的制备：
向步骤(1)制备出的有机蒙脱土浆料中加入改性剂，其中改性剂与步骤(1)中的有机插层剂的摩尔数比为1∶1-4∶1；在40-80℃的温度下搅拌3-6小时，改性剂与有机蒙脱土中的有机插层剂进行反应，生成亲水性有机插层剂，所产生的能量将有机蒙脱土的片层结构完全剥离，使有机蒙脱土浆料转变为亲水性纳米蒙脱土浆料，经进一步加工，获得亲水性纳米蒙脱土。
所述的进一步加工可以是对亲水性纳米蒙脱土浆料进行烘干、研磨或粉碎。
所述的有机插层剂的盐酸溶液为十六烷基三甲基溴化铵盐酸溶液、十八烷基三甲基氯化铵盐酸溶液、十六烷基三甲基氯化铵盐酸溶液、十八胺盐酸溶液、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵盐酸溶液、三聚氰胺盐酸溶液、十六胺盐酸溶液、二硬脂胺盐酸溶液、N，N-二甲基十二胺盐酸溶液、N，N-二甲基十八胺盐酸溶液、双十八烷基二甲基氯化铵盐酸溶液或它们的混合盐酸溶液；其中有机插层剂的盐酸溶液中的有机插层剂与盐酸的摩尔比为1∶1-1∶2。
所述的改性剂是甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、甲醛、乙醛、尿素、氨水或二乙基三胺等。
所述的改性剂可在有机蒙脱土浆料中进行两种以上的任意混合，其混合改性剂的总量与有机插层剂的摩尔数比为1∶1-4∶1。
对本发明得到的亲水性纳米蒙脱土、钠基蒙脱土及有机蒙脱土进行X光衍射测试，测试结果分别见附图1、2、3、4和5。
由X光衍射的测试结果可以看出：有机蒙脱土吸收峰的2 θ角较钠基蒙脱土的明显减少，片层距明显增大，说明有机插层剂已经成功的插入到了钠基蒙脱土的片层内；亲水性纳米蒙脱土的X光衍射已无明显吸收峰，说明亲水性纳米蒙脱土已完全剥离，成为纳米级的蒙脱土。
用本发明得到的亲水性纳米蒙脱土与有机蒙脱土分别对植物纤维浆料进行处理，进行抄纸实验。对抄纸实验所得到的纸张进行物理指标的对比测试，由对比测试结果可以看出：用有机蒙脱土处理过的植物纤维纸浆所抄出的纸张，较没有用有机蒙脱土处理过的植物纤维纸浆所抄出的纸张的物理指标增幅不大，强度增幅在5％-10％之间；用亲水性纳米蒙脱土处理过的植物纤维纸浆所抄出的纸张，较没有用亲水性纳米蒙脱土处理过的植物纤维纸浆所抄出的纸张的物理指标有较大的增加，增幅在15-50％之间。说明在提高纸张强度方面用亲水性纳米蒙脱土对植物纤维纸浆进行处理比用有机蒙脱土对植物纤维纸浆进行处理的效果明显。
对用有机蒙脱土处理过的纸张和用亲水性纳米蒙脱土处理过的纸张进行灰份测试。由测试结果可以看出用亲水性纳米蒙脱土处理过的纸张的灰份明显高于用有机蒙脱土处理过的纸张的灰份。说明亲水性纳米蒙脱土对植物纤维的亲合力要明显高于有机蒙脱土对植物纤维的亲合力。
附图说明
图1.实施例1和实施例2中的钠基蒙脱土X衍射图；
图2.实施例1中的有机蒙脱土X衍射图；
图3.实施例2中的有机蒙脱土X衍射图；
图4.实施例1中的亲水性纳米蒙脱土X衍射图；
图5.实施例2中的亲水性纳米蒙脱土X衍射图。
具体实施方式
实施例1.
有机蒙脱土的制备：
向10g钠基蒙脱土中加入190ml蒸馏水，搅拌制成浓度为5wt％的钠基蒙脱土悬浮液，加热、搅拌升温至70±5℃。向4.5g十六烷基三甲基溴化铵中加入4ml浓度为18wt％的盐酸溶液，制成十六烷基三甲基溴化铵盐酸溶液。将十六烷基三甲基溴化铵盐酸溶液缓慢加入到上述浓度为5wt％的钠基蒙脱土悬浮液中。搅拌、加热至70±5℃。保温处理2小时制成有机蒙脱土悬浮液。将有机蒙脱土悬浮液过滤、对滤饼进行洗涤至无氯离子为准，即得到有机蒙脱土浆料。取1.1056g上述制备的有机蒙脱土浆料在105±5℃的条件下烘干2小时，获得绝干的有机蒙脱土。通过计算得到上述制备的有机蒙脱土的浓度为15wt％。向30g上述制备的有机蒙脱土浆料中加入15ml蒸馏水搅拌均匀，制成浓度为10wt％的有机蒙脱土悬浮液，备用。
亲水性纳米蒙脱土的制备：
取上述制得的浓度为15wt％的有机蒙脱土浆料30g进行亲水性处理，处理方法为：分别向30g浓度为15wt％的有机蒙脱土浆料中加入0.5ml浓度为37wt％的甲醛溶液、0.2ml甲醇和0.3g尿素，搅拌均匀，加热升温至60±5℃。保温搅拌4小时，加入20ml蒸馏水，制成浓度为10wt％的亲水性纳米蒙脱土的稳定悬浮液，备用。
将有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土分别烘干、研磨制成200目的粉末，备用。在中国科学院物理研究所对钠基蒙脱土、有机蒙脱土及亲水性纳米蒙脱土进行X光衍射测试，测试结果分别见附图1、2和4。
分别向30g绝干阔叶木木浆中加入1000ml蒸馏水，浸泡10小时后，经过疏解、打浆处理，分别制成浓度各为3wt％的阔叶木植物纤维浆料。分别向浓度各为3wt％的阔叶木植物纤维浆料中加入上述制备出的浓度为10wt％的有机蒙脱土悬浮液3g，浓度为10wt％的亲水性纳米蒙脱土的悬浮液3g。搅拌均匀，分别制成用有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土处理的阔叶木植物纤维浆料。
将制成的用有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土分别处理的阔叶木植物纤维浆料送至烟台福斯达纸业集团公司中心实验室，按照北美TAPPI造纸标准进行抄纸实验。
分别用蒸馏水对上述制备出的用有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土分别处理的阔叶木植物纤维浆料进行稀释，稀释成浓度各为1.0wt％。
分别取250ml上述浓度各为1.0wt％的阔叶木植物纤维浆料，在半自动抄片器上进行抄纸实验。将纸片经过全自动压榨仪压榨处理后，风干、恒温恒湿处理，制成可以进行物理指标测试的纸样。纸片的编号如下：
对照空白样品：在阔叶木植物纤维浆料中没有加入有机蒙脱土或亲水性纳米蒙脱土的纸样；
1#样品：在阔叶木植物纤维浆料中加入了3g浓度为10wt％有机蒙脱土悬浮液的纸样；
2#样品：在阔叶木植物纤维浆料中加入了3g浓度为10wt％亲水性纳米蒙脱土悬浮液的纸样。
在烟台福斯达纸业集团有限公司中心实验室按照北美TAPPI标准，对1#样品、2#样品及空白纸样进行恒温恒湿处理后，进行物理指标的测试。
测试结果：
由X光衍射的图谱(附图1、2和4)可以看出：钠基蒙脱土2θ为7.12处有一明显吸收峰，测定片层间距为12.4051nm，有机蒙脱土2θ为3.22处有一明显吸收峰，测定片层间距为27.4159nm；亲水性纳米蒙脱土的图谱已无明显吸收峰，可以判断亲水性纳米蒙脱土中的蒙脱土的片层结构已经完全被剥离成为纳米级蒙脱土。
分别用有机蒙脱土或亲水性纳米蒙脱土处理的纸样与空白纸样的物理指标对比测试结果如下：
| 名称 | 定量g/m2 | 松厚度cm3/g | 撕裂指数mNm2/g | 耐破指数kpam2/g | 抗张指数N.m/g | 裂断长km | 耐折(次) | 灰份％ |
| 空白样 | 56.55 | 1.82 | 8.53 | 2.34 | 25.89 | 2.67 | 9 | 0 |
| 1#样品 | 56.23 | 1.81 | 9.08 | 2.45 | 27.56 | 2.81 | 10 | 0.25 |
| 2#样品 | 60.95 | 1.77 | 11.08 | 2.80 | 33.56 | 3.82 | 13 | 0.69 |
其中测试项目中灰份的含量即代表有机蒙脱土或亲水性纳米蒙脱土与阔叶木植物纤维结合的量。
实施例2.
有机蒙脱土的制备：
向10g钠基蒙脱土中加入190ml蒸馏水，搅拌制成浓度为5wt％的钠基蒙脱土悬浮液，加热、搅拌升温至70±5℃。向3.5g十八胺中加入5ml浓度为18wt％的盐酸溶液，制成十八胺盐酸溶液。将十八胺盐酸溶液缓慢加入到上述浓度为5wt％的钠基蒙脱土悬浮液中。搅拌、加热至70±5℃。保温处理2小时制成有机蒙脱土悬浮液。将有机蒙脱土悬浮液过滤、对滤饼进行洗涤至无氯离子为准，即得到有机蒙脱土浆料。取1.0896g上述制备的有机蒙脱土浆料在105±5℃的条件下烘干2小时，获得绝干的有机蒙脱土。通过计算得到上述制备的有机蒙脱土的浓度为20wt％。向20g上述制备的有机蒙脱土中加入20ml蒸馏水搅拌均匀，制成浓度为10wt％的有机蒙脱土悬浮液，备用。
亲水性纳米蒙脱土的制备：
取上述制得的浓度为20wt％的有机蒙脱土20g进行亲水性处理，处理方法为：向20g浓度为20wt％的有机蒙脱土加入0.6ml浓度为37wt％的乙醛醛溶液、0.3ml乙醇和0.5g二乙基三胺，搅拌均匀，加热升温至60±5℃。保温搅拌4小时，加入25ml蒸馏水，制成浓度为10wt％的亲水性纳米蒙脱土的稳定悬浮液，备用。
将有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土分别烘干、研磨制成200目的粉末，备用。在中国科学院物理研究所对钠基蒙脱土、有机蒙脱土及亲水性纳米蒙脱土进行X光衍射测试，测试结果分别见附图1、3和5。
分别向30g绝干麦草浆中加入1000ml蒸馏水，浸泡4小时后，经过疏解、打浆处理，分别制成浓度各为3wt％的麦草植物纤维浆料。分别向浓度各为3wt％的麦草植物纤维浆料中加入上述制备出的浓度为10wt％的有机蒙脱土悬浮液6g，浓度为10wt％的亲水性纳米蒙脱土的悬浮液6g。搅拌均匀，分别制成用有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土处理的麦草植物纤维浆料。
将制成的用有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土分别处理的麦草植物纤维浆料送至烟台福斯达纸业集团公司中心实验室，按照北美TAPPI造纸标准进行抄纸实验。
分别用蒸馏水对上述制备出的用有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土分别处理的麦草植物纤维浆料进行稀释，稀释成浓度各为1.0wt％。
分别取250ml上述浓度各为1.0wt％的麦草植物纤维浆料，在半自动抄片器上进行抄纸实验。将纸片经过全自动压榨仪压榨处理后，风干、恒温恒湿处理，制成可以进行物理指标测试的纸样。纸片的编号如下：
对照空白样品：在麦草植物纤维浆料中没有加入有机蒙脱土或亲水性纳米蒙脱土的纸样；
1#样品：在麦草植物纤维浆料中加入了6g浓度为10wt％有机蒙脱土悬浮液的纸样；
2#样品：在麦草植物纤维浆料中加入了6g浓度为10wt％亲水性纳米蒙脱土悬浮液的纸样。
在烟台福斯达纸业集团有限公司中心实验室按照北美TAPPI标准，对1#样品、2#样品及空白纸样进行恒温恒湿处理后，进行物理指标的测试。
测试结果：
由X光衍射的图谱(附图1、3和4)可以看出：钠基蒙脱土2θ为7.12处有一明显吸收峰，测定片层间距为12.4051nm，有机蒙脱土2θ为4.84处有一明显吸收峰，测定片层间距为18.2426nm；亲水性纳米蒙脱土的图谱已无明显吸收峰，可以判断亲水性纳米蒙脱土中的蒙脱土的片层结构已经完全被剥离成为纳米级的蒙脱土。
分别用有机蒙脱土或亲水性纳米蒙脱土处理的纸样与空白纸样的物理指标对比测试结果如下：
| 名称 | 定量g/m2 | 松厚度cm3/g | 撕裂指数mNm2/g | 耐破指数kpam2/g | 抗张指数N.m/g | 裂断长km | 耐折(次) | 灰份％ |
| 空白样 | 54.35 | 1.61 | 4.43 | 1.23 | 12.69 | 1.21 | 2 | 0 |
| 1#样品 | 55.23 | 1.59 | 4.78 | 1.30 | 13.16 | 1.28 | 2 | 0.55 |
| 2#样品 | 59.95 | 1.57 | 6.08 | 1.80 | 18.56 | 1.82 | 5 | 1.39 |
其中测试项目中灰份的含量即代表有机蒙脱土或亲水性纳米蒙脱土与麦草植物纤维结合的量。
实施例3.
有机蒙脱土的制备：
向10g钠基蒙脱土中加入190ml蒸馏水，搅拌制成浓度为5wt％的钠基蒙脱土悬浮液，加热、搅拌升温至70±5℃。向7.5g二硬脂胺中加入4ml浓度为18wt％的盐酸溶液，制成二硬脂胺盐酸溶液。将二硬脂胺盐酸溶液缓慢加入到上述浓度为5wt％的钠基蒙脱土悬浮液中。搅拌、加热至70±5℃。保温处理2小时制成有机蒙脱土悬浮液。将有机蒙脱土悬浮液过滤、对滤饼进行洗涤至无氯离子为准，即得到有机蒙脱土浆料。取1.2166g上述制备的有机蒙脱土浆料在105±5℃的条件下烘干2小时，获得绝干的有机蒙脱土。通过计算得到上述制备的有机蒙脱土的浓度为15wt％。向30g上述制备的有机蒙脱土浆料中加入15ml蒸馏水搅拌均匀，制成浓度为10wt％的有机蒙脱土悬浮液，备用。
亲水性纳米蒙脱土的制备：
取上述制得的浓度为15wt％的有机蒙脱土浆料30g进行亲水性处理，处理方法为：向30g浓度为15wt％的有机蒙脱土浆料中加入1.5ml浓度为37wt％的甲醛溶液，搅拌均匀，加热升温至60±5℃。保温搅拌4小时，加入20ml蒸馏水，制成浓度为10wt％的亲水性纳米蒙脱土的稳定悬浮液，备用。
分别向30g绝干阔叶木木浆中加入1000ml蒸馏水，浸泡10小时后，经过疏解、打浆处理，分别制成浓度各为3wt％的阔叶木植物纤维浆料。分别向浓度各为3wt％的阔叶木植物纤维浆料中加入上述制备出的浓度为10wt％的有机蒙脱土悬浮液3g，浓度为10wt％的亲水性纳米蒙脱土的悬浮液3g。搅拌均匀，分别制成用有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土处理的阔叶木植物纤维浆料。
将制成的用有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土分别处理的阔叶木植物纤维浆料送至烟台福斯达纸业集团公司中心实验室，按照北美TAPPI造纸标准进行抄纸实验。
分别用蒸馏水对上述制备出的用有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土分别处理的阔叶木植物纤维浆料进行稀释，稀释成浓度各为1.0wt％。
分别取250ml上述浓度各为1.0wt％的阔叶木植物纤维浆料，在半自动抄片器上进行抄纸实验。将纸片经过全自动压榨仪压榨处理后，风干、恒温恒湿处理，制成可以进行物理指标测试的纸样。纸片的编号如下：
对照空白样品：在阔叶木植物纤维浆料中没有加入有机蒙脱土或亲水性纳米蒙脱土的纸样；
1#样品：在阔叶木植物纤维浆料中加入了3g浓度为10wt％有机蒙脱土悬浮液的纸样；
2#样品：在阔叶木植物纤维浆料中加入了3g浓度为10wt％亲水性纳米蒙脱土悬浮液的纸样。
在烟台福斯达纸业集团有限公司中心实验室按照北美TAPPI标准，对1#样品、2#样品及空白纸样进行恒温恒湿处理后，进行物理指标的测试。
分别用有机蒙脱土或亲水性纳米蒙脱土处理的纸样与空白纸样的物理指标对比测试结果如下：
| 名称 | 定量g/m2 | 松厚度cm3/g | 撕裂指数mNm2/g | 耐破指数kpam2/g | 抗张指数N.m/g | 裂断长km | 耐折(次) | 灰份％ |
| 空白样 | 56.85 | 1.81 | 8.63 | 2.24 | 26.09 | 2.69 | 9 | 0 |
| 1#样品 | 57.13 | 1.80 | 9.20 | 2.45 | 27.76 | 2.83 | 10 | 0.23 |
| 2#样品 | 61.85 | 1.76 | 12.08 | 2.85 | 33.96 | 3.85 | 14 | 0.68 |
其中测试项目中灰份的含量即代表有机蒙脱土或亲水性纳米蒙脱土与阔叶木植物纤维结合的量。
实施例4.
有机蒙脱土的制备：
向10g钠基蒙脱土中加入190ml蒸馏水，搅拌制成浓度为5wt％的钠基蒙脱土悬浮液，加热、搅拌升温至70±5℃。向5.4gN，N-二甲基十二胺中加入4ml浓度为18wt％的盐酸溶液，制成N，N-二甲基十二胺盐酸溶液。将N，N-二甲基十二胺盐酸溶液缓慢加入到上述浓度为5wt％的钠基蒙脱土悬浮液中。搅拌、加热至70±5℃。保温处理2小时制成有机蒙脱土悬浮液。将有机蒙脱土悬浮液过滤、对滤饼进行洗涤至无氯离子为准，即得到有机蒙脱土浆料。取1.1026g上述制备的有机蒙脱土浆料在105±5℃的条件下烘干2小时，获得绝干的有机蒙脱土。通过计算得到上述制备的有机蒙脱土的浓度为20wt％。向20g上述制备的有机蒙脱土浆料中加入20ml蒸馏水搅拌均匀，制成浓度为10wt％的有机蒙脱土悬浮液，备用。
亲水性纳米蒙脱土的制备：
取上述制得的浓度为20wt％的有机蒙脱土浆料20g进行亲水性处理，处理方法为：分别向20g浓度为20wt％的有机蒙脱土浆料中加入0.4ml浓度为37wt％的甲醛溶液、0.2ml乙酸和0.4g尿素，搅拌均匀，加热升温至60±5℃。保温搅拌4小时，加入25ml蒸馏水，制成浓度为10wt％的亲水性纳米蒙脱土的稳定悬浮液，备用。
分别向30g绝干针叶木木浆中加入1000ml蒸馏水，浸泡10小时后，经过疏解、打浆处理，分别制成浓度各为3wt％的针叶木植物纤维浆料。分别向浓度各为3wt％的针叶木植物纤维浆料中加入上述制备出的浓度为10wt％的有机蒙脱土悬浮液3g，浓度为10wt％的亲水性纳米蒙脱土的悬浮液3g。搅拌均匀，分别制成用有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土处理的针叶木植物纤维浆料。
将制成的用有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土分别处理的针叶木植物纤维浆料送至烟台福斯达纸业集团公司中心实验室，按照北美TAPPI造纸标准进行抄纸实验。
分别用蒸馏水对上述制备出的用有机蒙脱土和亲水性纳米蒙脱土分别处理的针叶木植物纤维浆料进行稀释，稀释成浓度各为1.0wt％。
分别取250ml上述浓度各为1.0wt％的针叶木植物纤维浆料，在半自动抄片器上进行抄纸实验。将纸片经过全自动压榨仪压榨处理后，风干、恒温恒湿处理，制成可以进行物理指标测试的纸样。纸片的编号如下：
对照空白样品：在针叶木植物纤维浆料中没有加入有机蒙脱土或亲水性纳米蒙脱土的纸样；
1#样品：在针叶木植物纤维浆料中加入了3g浓度为10wt％有机蒙脱土悬浮液的纸样；
2#样品：在针叶木植物纤维浆料中加入了3g浓度为10wt％亲水性纳米蒙脱土悬浮液的纸样。
在烟台福斯达纸业集团有限公司中心实验室按照北美TAPPI标准，对1#样品、2#样品及空白纸样进行恒温恒湿处理后，进行物理指标的测试。
测试结果：
分别用有机蒙脱土或亲水性纳米蒙脱土处理的纸样与空白纸样的物理指标对比测试结果如下：
| 名称 | 定量g/m2 | 松厚度cm3/g | 撕裂指数mNm2/g | 耐破指数kpam2/g | 抗张指数N.m/g | 裂断长km | 耐折(次) | 灰份％ |
| 空白样 | 58.05 | 1.83 | 13.53 | 4.34 | 35.89 | 5.67 | 90 | 0 |
| 1#样品 | 59.23 | 1.82 | 14.68 | 4.78 | 37.76 | 5.91 | 100 | 0.25 |
| 2#样品 | 61.95 | 1.79 | 20.08 | 6.80 | 51.56 | 8.82 | 135 | 0.71 |
其中测试项目中灰份的含量即代表有机蒙脱土或亲水性纳米蒙脱土与针叶木植物纤维结合的量。
结论：
(1)、亲水性纳米蒙脱土与植物纤维亲合的程度明显大于有机蒙脱土与植物纤维的亲合程度。
(2)、亲水性纳米蒙脱土对纸张强度的增加要明显高于有机蒙脱土对纸张强度的增加。
Claims (4)
1.一种亲水性纳米蒙脱土的制备方法，包括将钠基蒙脱土加入到蒸馏水中制成钠基蒙脱土的悬浮液，然后将有机插层剂加入到钠基蒙脱土的悬浮液中，制成有机蒙脱土浆料，其特征是：该方法步骤为：
(1).有机蒙脱土的制备：
以钠基蒙脱土为基本原料，其中钠基蒙脱土的电荷交换量为80-100mmol/100g，在温度为60-90℃及搅拌下，将有机插层剂的盐酸溶液加入到含有3wt％-10wt％的钠基蒙脱土的水溶液内，其中，有机插层剂∶钠基蒙脱土的电荷交换量的摩尔数比为1∶1-2∶1；搅拌，保温1-3小时，使有机插层剂与Na+进行离子交换；溶液进行过滤，对滤饼进行洗涤至无氯离子，得到有机蒙脱土浆料；
(2).亲水性纳米蒙脱土的制备：
向步骤(1)制备出的有机蒙脱土浆料中加入改性剂，其中改性剂与步骤(1)中的有机插层剂的摩尔数比为1∶1-4∶1；在40-80℃的温度下搅拌3-6小时，改性剂与有机蒙脱土中的有机插层剂进行反应，生成亲水性有机插层剂，所产生的能量将有机蒙脱土的片层结构完全剥离，使有机蒙脱土浆料转变为亲水性纳米蒙脱土浆料，经进一步加工，获得亲水性纳米蒙脱土；
所述的有机插层剂的盐酸溶液为十六烷基三甲基溴化铵盐酸溶液、十八烷基三甲基氯化铵盐酸溶液、十六烷基三甲基氯化铵盐酸溶液、十八胺盐酸溶液、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵盐酸溶液、三聚氰胺盐酸溶液、十六胺盐酸溶液、二硬脂胺盐酸溶液、N，N-二甲基十二胺盐酸溶液、N，N-二甲基十八胺盐酸溶液、双十八烷基二甲基氯化铵盐酸溶液或它们的混合盐酸溶液；其中有机插层剂的盐酸溶液中的有机插层剂与盐酸的摩尔比为1∶1-1∶2；
所述的改性剂是甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、甲醛、乙醛、尿素、氨水或二乙基三胺。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的进一步加工是对亲水性纳米蒙脱土浆料进行烘干、研磨或粉碎。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的改性剂在有机蒙脱土浆料中进行两种以上的任意混合，其混合改性剂的总量与有机插层剂的摩尔数比为1∶1-4∶1。
4.一种由权利要求1-3任一项所述的方法制备出的亲水性纳米蒙脱土，该亲水性纳米蒙脱土由亲水性有机插层剂和蒙脱土组成，其特征是：该亲水性纳米蒙脱土中的亲水性有机插层剂∶蒙脱土的重量比为1∶1-1∶10。
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