CN1253514C - 一种有机化蒙脱土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机化蒙脱土的制备方法。包括如下步骤：将蒙脱土、烷基季胺盐、聚乙二醇、乙醇、无机酸和水的混合物在60～90℃的条件下加热0.5～6小时，然后从溶液中收集有机化蒙脱土。本发明制备的有机化蒙脱土的有机物含量达到20%以上，蒙脱土的层间距离得到了增大。本发明的有机化蒙脱土与含有极性基团的有机物的亲和力强，在有机物中的分散性好，能够更好地应用于制备聚合物/蒙脱土纳米材料领域。本发明制备的有机化蒙脱土可以应用在塑料加工领域、纳米材料的制备领域以及化妆品领域和涂料领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒙脱土的制备方法，特别涉及蒙脱土的有机化处理的方法。
背景技术
蒙脱土(MMT)，是我国丰产的一类天然粘土矿物，是一种层状硅酸盐。其结构片层是纳米尺度的，包含有3个亚层，在2个硅氧四面体亚层中间夹含1个铝氧八面体亚层，亚层之间通过共用氧原子以共价键连接，结合极为牢固。整个结构片层厚约1nm，长宽约100nm。由于铝氧八面体亚层中的部分铝原子被低价原子取代，片层带有负电荷。过剩的负电荷靠游离于层间的Li+、Na+、Ca2+和Mg2+等阳离子平衡，因此容易与烷基季铵盐或其他有机阳离子进行离子交往反应生成有机化蒙脱土，交换后在蒙脱土成亲油性，并且层间的距离增大。
蒙脱土由于具有的特殊结构以及低廉的价格等原因，因此已经被广泛地应用于塑料加工领域、化妆品、以及涂料领域。但是，作为一种无机物，其与有机物的亲和力不强，这就大大降低了其使用价值。因此，蒙脱土的有机化处理成了人们研究的热门，目前，对蒙脱土进行有机化改性所用的有机物主要是烷基类季胺盐，比如十二烷基三甲基溴化胺、十六烷基三甲基溴化胺、十八烷基三甲基溴化胺等[武保华等；石油化工；P153-156，VOL28，No.3；1999][刘纲勇等；日用化学工业，P10-13，No.6；2001]。上述文献公开的技术均采用单一有机物，制备的有机化蒙脱土层间距离小，热稳定性差，同时由于烷基类季胺盐与某些聚合物的亲和力不强，因此，不能满足制备聚酯/蒙脱土纳米材料领域的需要。
本发明需要解决的技术问题是公开一种有机化蒙脱土的制备方法，以克服现有技术存在的热稳定性差、与聚合物的亲和力差，蒙脱土在有机物中的分散性不够能理想的缺陷。
本发明的技术方案：
本发明的方法包括如下步骤：
将蒙脱土、烷基季胺盐、聚乙二醇、乙醇、无机酸和水的混合物在60～90℃的条件下加热0.5～6小时，然后从溶液中收集有机化蒙脱土。
其中：各个组分的重量份数为：
[A]蒙脱土 3％-6％
[B]烷基季胺盐 0.6％-3％
[C]聚乙二醇 15％-20％
[D]乙醇 30％-48％
[E]无机酸 0.3％-0.6％
[F]水 30％-48％
所述及的烷基季胺盐为具有以下结构通式的化合物：
R-N(CH3)3R’
其中：R为含有C12～18的烷基，R’为溴原子或者氯原子，优选的烷基季胺盐为十二烷基三甲基溴化胺、十二烷基三甲基氯化胺、十六烷基三甲基溴化胺、十六烷基三甲基氯化胺、十八烷基三甲基溴化胺或十八烷基三甲基氯化胺中的一种或一种以上。
所述及的聚乙二醇的平均分子量为100～10000，随着平均分子量的递增，从无色液体至淡黄色蜡状固体、溶于水、乙醇和许多有机溶剂、性能稳定、有效使用期长。
所述及的无机酸优选盐酸、硫酸、磷酸或硝酸。
经过对已有技术的分析与以及采用大量的试验，本发明采用烷基类季胺盐与聚乙二醇进行复配，将复配剂作为有机改性剂对蒙脱土进行有机化处理，通过热失重分析发现制备的有机化蒙脱土的有机物含量达到20％以上，通过X射线衍射分析发现蒙脱土的层间距离得到了增大。
本发明的优点是采用的烷基类季胺盐与聚乙二醇复配剂制备的有机化蒙脱土由于在蒙脱土中增加了聚乙二醇，因此赋予了这类有机化蒙脱土一些功能性，使得这类有机化蒙脱土与含有极性基团的有机物的亲和力增强了；同时，聚乙二醇是一种亲水性分散剂，由于通过改性其已经进入到蒙脱土中，这就大大增加了蒙脱土在有机物中的分散性，使得蒙脱土很好地分散在有机物中；此外，采用烷基类季胺盐与聚乙二醇复配剂制备的有机化蒙脱土的层间距离大，使之更好地应用于制备聚合物/蒙脱土纳米材料领域。
本发明制备的有机化蒙脱土可以应用在塑料加工领域、纳米材料的制备领域以及化妆品领域和涂料领域。
具体实施方式
为了更好地对本发明进行说明，通过下面的实施例来加以进一步的描述，但是本发明并没有局限于这些实施例。
实施例1
首先配制体积比为1∶1的乙醇水混合液1升备用。将4克十六烷基三甲基溴化胺与50毫升聚乙二醇混合搅拌均匀后，倒入100毫升的乙醇/水混合液中，然后滴加1毫升的盐酸，室温下搅拌10分钟，配制成A溶液。将10克蒙脱土倒入100毫升的乙醇/水混合液中，室温下搅拌10分钟，配制成B溶液。将A溶液与B溶液倒入500毫升的三颈瓶中，加入乙醇/水溶液至300毫升处。然后将三颈瓶置于80℃的水浴加热4小时，并不停地搅拌，接着将产物经过冷却-过滤-洗涤过程三次，然后将洗涤好的产物置于120℃烘箱中，烘8小时，将烘干的有机化蒙脱土进行研磨，即获得粉状的有机化蒙脱土。
对比例1
首先配制体积比为1∶1的乙醇水混合液1升备用。将10克蒙脱土倒入100毫升的乙醇/水混合液中，室温下搅拌10分钟，配制成溶液。溶液倒入500毫升的三颈瓶中，加入乙醇/水溶液至300毫升处。然后将三颈瓶置于80℃的水浴中加热4小时，并不停地搅拌，接着将产物经过冷却-过滤-洗涤过程三次，然后将洗涤好的产物置于120℃烘箱中，烘8小时，将烘干的蒙脱土进行研磨，即获得粉状的蒙脱土。
测试结果
| 热失重测试结果 | X-射线衍射测试的d001峰值 | |
| 实施例1 | 33.2％ | 2.4561纳米 |
| 对比例1 | 11.3％ | 1.4523纳米 |
从热失重测试结果来看，本发明的方法制备的有机化蒙脱土的有机化含量为33.2％-11.3％＝21.9％，蒙脱土的层间距离增大了2.4561-1.4523＝1.0038纳米。
Claims (5)
1.一种有机化蒙脱土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将蒙脱土、烷基季胺盐、聚乙二醇、乙醇、无机酸和水加热混合，然后从溶液中收集有机化蒙脱土；
加热温度为60～90℃，时间为0.5～6小时；
各个组分的重量份数为：
蒙脱土 3％-6％
烷基季胺盐 0.6％-3％
聚乙二醇 15％-20％
乙醇 30％-48％
无机酸 0.3％-0.6％
水 30％-48％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述及的烷基季胺盐为具有以下结构通式的化合物：
R-N(CH3)3R’
其中：R为含有C12～18的烷基，R’为溴原子或者氯原子。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，烷基季胺盐为十二烷基三甲基溴化胺、十二烷基三甲基氯化胺、十六烷基三甲基溴化胺、十六烷基三甲基氯化胺、十八烷基三甲基溴化胺或十八烷基三甲基氯化胺中的一种或一种以上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述及的聚乙二醇的平均分子量为100～10000。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述及的无机酸为盐酸、硫酸、磷酸或硝酸。
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