PL229402B1 - Sposób eksfoliacji glinokrzemianów warstwowych - Google Patents
Sposób eksfoliacji glinokrzemianów warstwowychInfo
- Publication number
- PL229402B1 PL229402B1 PL404013A PL40401313A PL229402B1 PL 229402 B1 PL229402 B1 PL 229402B1 PL 404013 A PL404013 A PL 404013A PL 40401313 A PL40401313 A PL 40401313A PL 229402 B1 PL229402 B1 PL 229402B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- aluminosilicate
- mixture
- exfoliation
- layered
- circulation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 66
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 64
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 title claims abstract description 32
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000005662 Paraffin oil Substances 0.000 claims description 8
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 7
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 claims description 6
- 239000001993 wax Substances 0.000 claims description 6
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 5
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 241000765083 Ondina Species 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 5
- 229920004497 WACKER® AK 1000 SILICONE FLUID Polymers 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 4
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 3
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 3
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 3
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 239000004156 Azodicarbonamide Substances 0.000 description 1
- LCFVJGUPQDGYKZ-UHFFFAOYSA-N Bisphenol A diglycidyl ether Chemical compound C=1C=C(OCC2OC2)C=CC=1C(C)(C)C(C=C1)=CC=C1OCC1CO1 LCFVJGUPQDGYKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- XOZUGNYVDXMRKW-AATRIKPKSA-N azodicarbonamide Chemical compound NC(=O)\N=N\C(N)=O XOZUGNYVDXMRKW-AATRIKPKSA-N 0.000 description 1
- 235000019399 azodicarbonamide Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- KWLMIXQRALPRBC-UHFFFAOYSA-L hectorite Chemical compound [Li+].[OH-].[OH-].[Na+].[Mg+2].O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O[Si]([O-])(O1)O[Si]1([O-])O2 KWLMIXQRALPRBC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000271 hectorite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006158 high molecular weight polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002101 nanobubble Substances 0.000 description 1
- 229920006113 non-polar polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002530 phenolic antioxidant Substances 0.000 description 1
- 150000004714 phosphonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052615 phyllosilicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical class [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 150000003385 sodium Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Dental Preparations (AREA)
- Detergent Compositions (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Sposób eksfoliacji glinokrzemianów warstwowych polega na tym, że glinokrzemian warstwowy miesza się z substancją organiczną o temperaturze wrzenia wyższej niż 150°C i o lepkości w temperaturze 90°C nie przekraczającej 10.000 mPaxs i mieszaninę tę poddaje się wielokrotnej cyrkulacji w układzie zamkniętym, przy czym element mechaniczny wymuszający cyrkulację mieszaniny jest jednocześnie źródłem dużych sił ścinających, zaś proces eksfoliacji prowadzi się przy stężeniu glinokrzemianu niższym od wyznaczonej doświadczalnie wartości krytycznej uniemożliwiającej w wyniku wzrostu lepkości cyrkulację mieszaniny zawierającej glinokrzemian w stanie eksfoliowanym; proces przerywa się po osiągnięciu temperatury 120-150°C, po czym usuwa się nadmiar substancji organicznej.
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób eksfoliacji glinokrzemianów warstwowych stosowanych przede wszystkim jako napełniacze tworzyw sztucznych.
Glinokrzemiany warstwowe są grupą minerałów występujących w przyrodzie, mającą duże znaczenie gospodarcze. Do grupy tej należą takie substancje jak montmorylonit, bentonit, hektoryt i szereg innych. Znane są również metody wytwarzania syntetycznych glinokrzemianów warstwowych. Perspektywicznym kierunkiem wykorzystania glinokrzemianów warstwowych jest ich użycie jako napełniaczy tworzyw sztucznych. Jednak korzystny wpływ obecności glinokrzemianów warstwowych w matrycy polimerowej uwidacznia się tylko wtedy, gdy poszczególne warstewki tworzące glinokrzemiany zostaną odsunięte od siebie i ułożą się w masie tworzywa w sposób statystyczny. Efekt taki nosi nazwę eksfoliacji, zaś proces pośredni, prowadzący do wprowadzenia do przestrzeni międzywarstwowych glinki substancji obcych, jednak bez zniszczenia struktury warstwowej, określany jest mianem interkalacji. Obszerny opis problemów związanych z tymi zagadnieniami można znaleźć na przykład w pracy L.A. Utracki „Clay-containing polymeric nanocomposites”, Rapra Technology Ltd., 2004.
Od strony technicznej sposób efektywnego wymieszania polimerów, w tym zwłaszcza polimerów termoplastycznych o bardzo dużej lepkości, z glinokrzemianami warstwowymi, jest zagadnieniem bardzo złożonym. Pod określeniem wymieszanie efektywne rozumie się takie wymieszanie, które prowadzi do wytworzenia nanokompozytów polimerowych, czyli układów złożonych z matrycy polimerowej i rozproszonych w jej masie cząstek substancji, których co najmniej jeden wymiar nie przekracza wielkości 100 nanometrów. Literatura, zarówno naukowa jak i patentowa, jest w tym obszarze niezwykle obszerna. Według niej sposób postępowania polega z reguły na przeprowadzeniu następującej sekwencji działań:
• glinokrzemian naturalny, w którym przestrzenie między warstewkami zajmują kationy metali, na przykład sodu czy wapnia, poddaje się reakcji wymiany jonowej, w wyniku której kationy metali zostają zastąpione przez kationy organiczne, na przykład związki amoniowe czy fosfoniowe. Otrzymany w ten sposób produkt określa się często mianem organoglinki. Operacja ta sprawia, że rośnie stopień hydrofobowości glinokrzemianu, co przyczynia się do zwiększenia stopnia jego mieszalności z matrycą polimerową zwłaszcza polimerów niepolarnych, • organoglinkę miesza się z polimerem, co jest zadaniem prostym w przypadku żywic małocząsteczkowych, jednakże staje się bardzo trudne w przypadku polimerów wielkocząsteczkowych. Dla przykładu, proces mieszania organoglinek z poliolefinami wielkocząsteczkowymi musi być prowadzony przy użyciu specjalistycznych maszyn, na przykład wytłaczarek dwuślimakowych, zalecane również jest użycie kompatybilizatorów, to jest polimerów posiadających w swych molekułach grupy polarne.
Opracowano szereg sposobów zarówno modyfikacji glinokrzemianów warstwowych jak i wariantów procesu wytwarzania nanokompozytów polimerowych, w tym sporządzanych na bazie tworzyw termoplastycznych. W PL 211265 opisano sposób otrzymywania kompozytu polimerów termoplastycznych, który polega na sporządzeniu mieszaniny homopolimeru lub kopolimeru etylenu o określonej wartości masowego wskaźnika szybkości płynięcia, glinokrzemianu warstwowego w formie soli sodowej, wapniowej lub potasowej lub też modyfikowany dowolną IV-rzędową solą amoniową o określonej wielkości ziarna, określonego poroforu (azodikarbonamidu), wosku polietylenowego (jako materiału o zbliżonej strukturze chemicznej względem stosowanej matrycy polimerowej sporządzanego kompozytu) o określonym ciężarze cząsteczkowym i przeciwutleniacza fenolowego. Wszystkie składniki stosuje się w określonych proporcjach wagowych. Mieszankę przez określony czas homogenizuje się w temperaturze 100-200°C. Zastosowanie wosku zmniejsza lepkość stopu polimerowego (matrycy kompozytu), najprawdopodobniej ułatwiając ekspansję nanopęcherzykówgazu z rozkładającego się poroforu. Środki techniczne stosowane w opisanym sposobie nie gwarantują eksfoliacji nanododatku, co utrudnia uzyskanie kompozytu o wyraźnie lepszych właściwościach użytkowych w porównaniu do materiałów nienapełnianych.
Kwestię modyfikacji glinokrzemianów warstwowych opisano w patencie PL 221146. Dotyczy on sposobu otrzymania katalizatora tlenkowego na osnowie eksfoliowanych glinokrzemianów warstwowych. Do międzywarstwowych przestrzeni glinokrzemianu warstwowego wprowadza się co najmniej jeden podstawowy monomer hydrofilowy w ilości od 30 do 90% wagowych w stosunku do masy glinokrzemianu, ewentualnie z dodatkiem hydrofilowego monomeru sieciującego w ilości do 20% wagowych w stosunku do ilości pozostałych monomerów i prowadzi się polimeryzację insituw roztworze wodnym,
PL 229 402 Β1 po czym otrzymany hybrydowy nieorganiczno-organiczny materiał warstwowy poddaje się sorpcji co najmniej jednego kationu metalu z roztworu wodnego jego soli, a następnie obróbce termicznej w zakresie temperatur 400-700°C w atmosferze utleniającej. W tych warunkach dochodzi do usunięcia części organicznej na drodze spalania i eksfoliacji struktury warstwowej z utworzeniem układów katalitycznych w postaci tlenku metalu osadzonego na podłożu glinokrzemianowym. W opisanym sposobie efektywna eksfoliacja następuje dopiero we względnie wysokiej temperaturze.
PL 213782 chroni z kolei kilkuetapowy sposób eksfoliacji glinokrzemianu warstwowego. W pierwszym etapie sporządza się na sucho, lub w niewielkiej ilości rozpuszczalnika, mieszaninę poroforu i glinokrzemianu o określonym rozmiarze ziarna. W drugim etapie mieszaninę rozcieńcza się określoną ilością rozpuszczalnika organicznego i miesza się w temperaturze poniżej 100°C. W trzecim etapie całość miesza się z roztworem małocząsteczkowego polimeru o określonym ciężarze cząsteczkowym, w rozpuszczalniku organicznym, zaś uzyskaną zawiesinę miesza się przez określony czas w podwyższonej temperaturze (niższej niż 120°C), po czym usuwa się rozpuszczalnik, suszy i rozdrabnia się półprodukt. Efektem jest częściowe rozsunięcie warstw glinokrzemianu (interkalacja) i wprowadzenie pomiędzy nie poroforu i polimeru małocząsteczkowego. Ostateczną modyfikację - eksfoliację, prowadzi się w matrycy polimeru termoplastycznego, w temperaturze wyższej niż 120°C. Proces jest zatem wieloetapowy, a wśród niezbędnych warunków koniecznych do osiągnięcia założonego celu, jest określony rozmiar ziarna substratu, użycie poroforu, polimeru małocząsteczkowego i rozpuszczalnika organicznego w określonych ilościach; konieczne jest suszenie i rozdrobnienie półproduktu przed jego eksfoliacją.
W opisie US 8.168.698 przedstawiono sposób wytwarzania statystycznie rozproszonych płytek krzemianowych polegający na mieszaniu i zakwaszeniu substancji eksfoliującej przy użyciu kwasu nieorganicznego, a następnie interkalowaniu krzemianu warstwowego tym środkiem eksfoliującym z wytworzeniem mieszaniny, którą rozpuszcza się w rozpuszczalniku, po czym poddaje reakcji z wodorotlenkiem bądź chlorkiem metalu I lub II grupy układu okresowego. W roli substancji eksfoliującej stosuje się hiper rozgałęzione poliamidy, otrzymane na drodze polimeryzacji poli(oksypropyleno)triaminy i eteru diglicydylowego bisfenolu A. Sposób eksfoliacji zachodzący w emulsji z wykorzystaniem jako środka interkalującego produktu kopolimeryzacji aminy polioksyalkilenowej z kopolimerem propylenu z bezwodnikiem maleinowym przedstawiono w opisie US 7.022.299, zaś w opisie US 6.730.719 glinokrzemian przed procesem eksfoliacji, zachodzącym w matrycy polimeru, poddaje się reakcji zachodzącej jedynie na krawędziach jego płytek, w której udział biorą ujemnie naładowane molekuły organiczne, takie jak poliakrylany.
Proponowane w literaturze sposoby eksfoliacji glinokrzemianów to sposoby specyficzne, wykorzystujące często rozbudowaną gamę środków technicznych, realizowane niejednokrotnie w środowisku agresywnym lub w wysokiej temperaturze i w odniesieniu do glinokrzemianów o określonym rozmiarze ziarna.
Celem wynalazku było opracowanie skutecznego i uniwersalnego sposobu eksfoliacji glinokrzemianów warstwowych, które następnie mogą być użyte w roli napełniaczy polimerów, polegającego na wprowadzeniu molekuł substancji organicznych w przestrzenie międzywarstwowe glinokrzemianu i następnie doprowadzeniu do zniszczenia struktury warstwowej glinokrzemianu w wyniku działania dużych sił ścinających.
Nieoczekiwanie stwierdzono, że możliwe jest prowadzenie eksfoliacji glinokrzemianów warstwowych jeżeli mieszaninę glinokrzemianu w ciekłej substancji organicznej poddaje się działaniu sił ścinających w wysokoobrotowym układzie homogenizującym, w procesie wielokrotnej cyrkulacji w układzie zamkniętym, w którym element mechaniczny wymuszający cyrkulację tej mieszaniny jest jednocześnie źródłem dużych sił ścinających, a produkty uzyskane w ten sposób wykazują bardzo dobrą mieszalność z tworzywami polimerowymi, w tym również ze stopami poliolefin wielkocząsteczkowych.
Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że glinokrzemian warstwowy miesza się z substancją organiczną o temperaturze wrzenia wyższej niż 150°C i o lepkości w temperaturze 90°C nie przekraczającej 10.000 mPa x s, gdzie rolę substancji organicznej pełni olej mineralny i/lub syntetyczny, mieszaninę tę poddaje się wielokrotnej cyrkulacji w układzie zamkniętym, przy czym element mechaniczny wymuszający cyrkulację mieszaniny jest jednocześnie źródłem dużych sił ścinających, zaś proces eksfoliacji prowadzi się przy stężeniu glinokrzemianu niższym od wyznaczonej doświadczalnie wartości krytycznej uniemożliwiającej w wyniku wzrostu lepkości cyrkulację mieszaniny zawierającej glinokrzemian wstanie eksfoliowanym, proces przerywa się po osiągnięciu temperatury 120-150°C, po czym usuwa się nadmiar substancji organicznej.
PL 229 402 Β1
Korzystnie jest, jeżeli w roli oleju stosuje się olej parafinowy i/lub olej silikonowy i/lub wosk polietylenowy.
Korzystnie jest, jeżeli eksfoliacji poddaje się glinokrzemiany warstwowe naturalne i/lub syntetyczne.
Korzystnie jest, jeżeli eksfoliacji poddaje się glinokrzemiany warstwowe zmodyfikowane w procesie wymiany jonowej kationów metali na kationy związków organicznych.
Korzystnie jest, jeżeli nadmiar substancji organicznej usuwa się na drodze filtracji.
Rodzaj użytego glinokrzemianu nie ma większego znaczenia, również skład chemiczny użytej substancji organicznej, określanej w dalszej części opisu mianem oleju jest sprawą wtórną, ważne jest natomiast, aby była ona dopuszczona do stosowania w tworzywach sztucznych i aby spełniała ograniczenia co do jej właściwości fizykochemicznych podanych w zastrzeżeniach. Sporządzenie wstępnej mieszaniny glinokrzemianu z olejem można wykonać w dowolnym urządzeniu, jednak korzystne jest, aby była ona przygotowana w aparacie docelowym. Jeśli chodzi o aparaturę, to użyty musi być mieszalnik zbiornikowy bądź rurowy, połączony w funkcjonalną całość z wysokoobrotowym homogenizatorem mającym zdolność utrzymywania wielokrotnej cyrkulacji mieszaniny glinokrzemianu z olejem. Korzystne jest, aby był to mieszalnik zbiornikowy zaopatrzony w mieszadło typu kotwica bądź rama, co ułatwia sporządzenie wstępnej mieszaniny glinokrzemianu z olejem. Zasadniczy proces prowadzi się bez potrzeby ogrzewania reagentów, jako że ciepło wydzielane w wyniku pracy homogenizatora powoduje wystarczająco duży wzrost temperatury. Z tego powodu w procesie nie mogą być użyte substancje o temperaturze wrzenia niższej niż 150°C. Krytyczną wartość stężenia glinokrzemianu warstwowego w oleju trzeba wyznaczyć w sposób eksperymentalny, gdyż jest ona pochodną wielu zmiennych, w szczególności budowy chemicznej glinokrzemianu i oleju, parametrów aparatury użytej w procesie, w tym zwłaszcza szybkości ścinania oraz temperatury, i nie można jej określić teoretycznie. Za krytyczne stężenie glinokrzemianu uważa się taką jego wartość, przy której po zajściu procesu eksfoliacji dochodzi do zaniku przepływu mieszaniny reakcyjnej w konkretnym urządzeniu. Początkowa lepkość mieszaniny glinokrzemianu z olejem jest niewielka, w związku z czym proces jej cyrkulacji zachodzi bez problemu. Wraz z upływem czasu cyrkulacji rośnie temperatura mieszaniny w wyniku ciepła wydzielającego się na skutek tarcia w szybkoobrotowym homogenizatorze. Wiadomo, że wzrostowi temperatury powinien towarzyszyć spadek lepkości cieczy, jednak stwierdzono, że w toku procesu prowadzonego sposobem według wynalazku wraz ze wzrostem temperatury dochodzi do wzrostu lepkości mieszaniny, co świadczy o zachodzeniu zmian w strukturze cieczy. Do tej pory nie przeprowadzono jeszcze szczegółowych badań morfologicznych potwierdzających rodzaj zmian strukturalnych zachodzących podczas opisywanego procesu, jednakże na podstawie dotychczasowej wiedzy z bardzo dużym prawdopodobieństwem założyć można, że zachodzącym procesem jest eksfoliacja. Stwierdzono, że lepkość mieszaniny po przeprowadzeniu opisywanego procesu zależy od stężenia glinokrzemianu oraz że po przekroczeniu pewnej jego wartości wzrost lepkości jest na tyle duży, że przepływ mieszaniny ustaje zupełnie i opróżnienie zawartości mieszalnika, w tym zwłaszcza części rurowych, jest praktycznie niemożliwe ze względu na półstałą konsystencję mieszaniny. Z tego względu dla możliwości technicznej realizacji opisywanego procesu konieczne jest utrzymanie stężenia glinokrzemianu w jego mieszaninie z olejem na poziomie niższym niż opisane stężenie krytyczne.
Metodyka eksfoliacji sposobem według wynalazku jest prosta, nie wymaga stosowania wielu środków technicznych. Proces jest prowadzony we względnie łagodnych warunkach temperaturowych. Można go realizować przy użyciu łatwo dostępnych substancji organicznych. Modyfikacji można poddać zasadniczo wszystkie, dostępne handlowo glinokrzemiany warstwowe, bez względu na charakterystykę ziarna.
Przykłady
Proces prowadzi się w mieszalniku stalowym pojemności 60 dm3, zaopatrzonym w mieszadło ramowe. Mieszalnik połączony jest dwiema rurami z wysokoobrotowym układem homogenizującym w taki sposób, że jedna rura umożliwia przepływ cieczy z mieszalnika do homogenizatora, druga zaś w kierunku przeciwnym, w wyniku czego możliwa jest ciągła cyrkulacja zawartości mieszalnika, zaś homogenizator pełni również funkcję pompy. W podanych poniżej przykładach do mieszalnika tego wprowadza się różne rodzaje glinokrzemianów warstwowych oraz substancji organicznych. Następnie prowadzi się proces cyrkulacji mieszaniny. Układu nie ogrzewa się, jednak temperatura zawartości mieszalnika systematycznie rośnie, aż do osiągnięcia temperatury około 120-130°C. Procesowi temu to
PL 229 402 Β1 warzyszy wzrost lepkości mieszaniny, w wyniku czego jej przepływ zmniejsza się. Doświadczalnie wyznacza się krytyczne stężenie glinokrzemianu w substancji organicznej, w procesie eksfoliacji glinokrzemianu.
Przykład 1
Do mieszalnika wprowadza się olej parafinowy o nazwie handlowej Ondina 934 w ilości 76 cg/g oraz glinokrzemian o nazwie handlowej Nanofil SE 3000 w ilości 24 cg/g. Proces eksfoliacji prowadzi się aż do wzrostu temperatury do 130°C, co trwa 25 minut. Natężenie przepływu mieszaniny wyraźnie maleje, ale nie zanika. Produkt wyprowadza się z reaktora i odwirowuje olej aż do zaniku odcieku.
Przykład 2 - porównawczy
Do mieszalnika wprowadza się olej parafinowy o nazwie handlowej Ondina 934 w ilości 75 cg/g oraz glinokrzemian o nazwie handlowej Nanofil SE 3000 w ilości 25 cg/g. Proces eksfoliacji prowadzi się aż do wzrostu temperatury do 130°C, co trwa 25 minut. Po tym czasie przepływ mieszaniny całkowicie zanika, a usunięcie produktu z mieszalnika wymaga jego rozkręcenia,
Przykład 3
Do mieszalnika wprowadza się olej parafinowy o nazwie handlowej Ondina 934 w ilości 79 cg/g oraz glinokrzemian o nazwie Nanofil 5 w ilości 21 cg/g. Proces eksfoliacji prowadzi się aż do wzrostu temperatury do 130°C, co trwa 30 minut. Natężenie przepływu mieszaniny wyraźnie maleje, ale nie zanika. Produkt wyprowadza się z reaktora i olej odsącza się pod próżnią aż do zaniku odcieku.
Przykład 4 - porównawczy
Do mieszalnika wprowadza się olej parafinowy o nazwie handlowej Ondina 934 w ilości 78 cg/g oraz glinokrzemian o nazwie handlowej Nanofil 5 w ilości 22 cg/g. Proces eksfoliacji prowadzi się aż do wzrostu temperatury do 130°C, co trwa 30 minut. Po tym czasie przepływ mieszaniny całkowicie zanika, a usunięcie produktu z mieszalnika wymaga jego rozkręcenia.
Przykład 5
Do mieszalnika wprowadza się olej parafinowy o nazwie handlowej Ondina 934 w ilości 55 cg/g oraz bentonit modyfikowany we własnym laboratorium przy użyciu IV-rzędowej soli amoniowej, o symbolu ZK-7 w ilości 45 cg/g. Proces eksfoliacji prowadzi się aż do wzrostu temperatury do 130°C, co trwa 45 minut. Natężenie przepływu mieszaniny wyraźnie maleje, ale nie zanika. Produkt wyprowadza się z reaktora i odwirowuje aż do zaniku odcieku.
Przykład 6 - porównawczy
Do mieszalnika wprowadza się olej parafinowy o nazwie handlowej Ondina 934 w ilości 54 cg/g oraz glinokrzemian sporządzony we własnym laboratorium, o symbolu ZK-7 w ilości 46 cg/g. Proces eksfoliacji prowadzi się aż do wzrostu temperatury do 130°C, co trwa 45 minut. Po tym czasie przepływ mieszaniny całkowicie zanika, a usunięcie produktu z mieszalnika wymaga jego rozkręcenia.
Przykład 7
Do mieszalnika wprowadza się olej silikonowy o nazwie handlowej Wacker AK 1000 w ilości 64 cg/g oraz bentonit modyfikowany we własnym laboratorium przy użyciu IV-rzędowej soli amoniowej, o symbolu ZK-7 w ilości 36 cg/g. Proces eksfoliacji prowadzi się aż do wzrostu temperatury do 135°C, co trwa 40 minut. Natężenie przepływu mieszaniny wyraźnie maleje, ale nie zanika. Produkt wyprowadza się z reaktora i odwirowuje aż do zaniku odcieku.
Przykład 8 - porównawczy
Do mieszalnika wprowadza się olej silikonowy o nazwie handlowej Wacker AK 1000 w ilości 63 cg/g oraz glinokrzemian sporządzony we własnym laboratorium, o symbolu ZK-7 w ilości 37 cg/g. Proces eksfoliacji prowadzi się aż do wzrostu temperatury do 135°C, co trwa 40 minut. Po tym czasie przepływ mieszaniny całkowicie zanika, a usunięcie produktu z mieszalnika wymaga jego rozkręcenia.
Przykład 9
Do mieszalnika wprowadza się olej silikonowy o nazwie handlowej Wacker AK 1000 w ilości 68 cg/g oraz glinokrzemian o nazwie Nanofil 5 w ilości 32 cg/g. Proces eksfoliacji prowadzi się aż do wzrostu temperatury do 130°C, co trwa 30 minut. Natężenie przepływu mieszaniny wyraźnie maleje, ale nie zanika. Produkt wyprowadza się z reaktora i sączy pod próżnią aż do zaniku odcieku.
Przykład 10 - porównawczy
Do mieszalnika wprowadza się olej silikonowy o nazwie handlowej Wacker AK 1000 w ilości 67 cg/g oraz glinokrzemian o nazwie handlowej Nanofil 5 w ilości 33 cg/g, Proces eksfoliacji prowadzi się aż do wzrostu temperatury do 130°C, co trwa 30 minut. Po tym czasie przepływ mieszaniny całkowicie zanika, a usunięcie produktu z mieszalnika wymaga jego rozkręcenia.
PL 229 402 Β1
Przykład 11
Do mieszalnika wprowadza się wosk polietylenowy o nazwie handlowej Ceralene-2 w ilości 76 cg/g oraz glinokrzemian o nazwie handlowej Nanofil SE 3000 w ilości 24 cg/g. Proces eksfoliacji prowadzi się aż do wzrostu temperatury do 140°C, co trwa 40 minut. Natężenie przepływu mieszaniny wyraźnie maleje, ale nie zanika. Produkt wyprowadza się z reaktora i sączy pod próżnią do zaniku odcieku.
Przykład 12 - porównawczy
Do mieszalnika wprowadza się wosk polietylenowy o nazwie handlowej Ceralene-2 w ilości 75 cg/g oraz glinokrzemian o nazwie handlowej Nanofil SE 3000 w ilości 25 cg/g. Proces eksfoliacji prowadzi się aż do wzrostu temperatury do 140°Ć, co trwa 40 minut. Po tym czasie przepływ mieszaniny całkowicie zanika, a usunięcie produktu z mieszalnika wymaga jego rozkręcenia.
Claims (5)
1. Sposób eksfoliacji glinokrzemianów warstwowych, znamienny tym, że glinokrzemian warstwowy miesza się z substancją organiczną o temperaturze wrzenia wyższej niż 150°C i o lepkości w temperaturze 90°C nie przekraczającej 10.000 mPa x s, gdzie rolę substancji organicznej pełni olej mineralny i/lub syntetyczny, mieszaninę tę poddaje się wielokrotnej cyrkulacji w układzie zamkniętym, przy czym element mechaniczny wymuszający cyrkulację mieszaniny jest jednocześnie źródłem dużych sił ścinających, zaś proces eksfoliacji prowadzi się przy stężeniu glinokrzemianu niższym od wyznaczonej doświadczalnie wartości krytycznej uniemożliwiającej w wyniku wzrostu lepkości cyrkulację mieszaniny zawierającej glinokrzemian w stanie eksfoliowanym, proces przerywa się po osiągnięciu temperatury 120-150°C, po czym usuwa się nadmiar substancji organicznej.
2. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że w roli oleju stosuje się olej parafinowy i/lub olej silikonowy i/lub wosk polietylenowy.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że eksfoliacji poddaje się glinokrzemiany warstwowe naturalne i/lub syntetyczne.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że eksfoliacji poddaje się glinokrzemiany warstwowe zmodyfikowane w procesie wymiany jonowej kationów metali na kationy związków organicznych.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nadmiar substancji organicznej usuwa się na drodze filtracji.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL404013A PL229402B1 (pl) | 2013-05-22 | 2013-05-22 | Sposób eksfoliacji glinokrzemianów warstwowych |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL404013A PL229402B1 (pl) | 2013-05-22 | 2013-05-22 | Sposób eksfoliacji glinokrzemianów warstwowych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL404013A1 PL404013A1 (pl) | 2014-11-24 |
| PL229402B1 true PL229402B1 (pl) | 2018-07-31 |
Family
ID=51902534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL404013A PL229402B1 (pl) | 2013-05-22 | 2013-05-22 | Sposób eksfoliacji glinokrzemianów warstwowych |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL229402B1 (pl) |
-
2013
- 2013-05-22 PL PL404013A patent/PL229402B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL404013A1 (pl) | 2014-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Olad | Polymer/clay nanocomposites | |
| Chen et al. | A critical appraisal of polymer–clay nanocomposites | |
| Singla et al. | Clay modification by the use of organic cations | |
| Fedullo et al. | Polymer-based nanocomposites: Overview, applications and perspectives | |
| Oliveira et al. | Preparation of polymer-based nanocomposites by different routes | |
| Al-Samhan et al. | Comparative effects of MMT clay modified with two different cationic surfactants on the thermal and rheological properties of polypropylene nanocomposites | |
| Pham et al. | Synthesis of epoxy encapsulated organoclay nanocomposite latex via phase inversion emulsification and its gas barrier property | |
| Filippi et al. | Comparison of solution-blending and melt-intercalation for the preparation of poly (ethylene-co-acrylic acid)/organoclay nanocomposites | |
| Chen et al. | The preparation of nano-clay/polypropylene composite materials with improved properties using supercritical carbon dioxide and a sequential mixing technique | |
| US7919185B2 (en) | Polymer composites, polymer nanocomposites and methods | |
| Wang et al. | Effect of doubly organo-modified vermiculite on the properties of vermiculite/polystyrene nanocomposites | |
| US7160942B2 (en) | Polymer-phyllosilicate nanocomposites and their preparation | |
| Kumar et al. | Effect of nanoclay content on the structural, thermal properties and thermal degradation kinetics of PMMA/organoclay nanocomposites | |
| Lei et al. | Preparation and properties of recycled HDPE/clay hybrids | |
| Zaharri et al. | Effect of zeolite modification via cationic exchange method on mechanical, thermal, and morphological properties of ethylene vinyl acetate/zeolite composites | |
| Li et al. | Preparation and properties of ethylene–propylene–diene rubber/organomontmorillonite nanocomposites | |
| Lee et al. | Water-assisted extrusion of bio-based PETG/clay nanocomposites | |
| David Jr | Review on the preparation, structure and property relation of clay-based polymer nanocomposites | |
| Jang et al. | Effect of supercritical carbon dioxide as an exfoliation aid on bio-based polyethylene terephthalate glycol-modified/clay nanocomposites | |
| Bhiwankar et al. | Melt-intercalation of sodium-montmorillonite with alkylamine and quarternized ammonium salts of sulfonated polystyrene ionomers | |
| JP4843134B2 (ja) | 熱可塑性樹脂組成物の製造方法及び熱可塑性樹脂組成物 | |
| Abdullah et al. | EFFECT OF TRIHEXYLTETRADECYLPHOSPHONIUM ON THERMAL DEGRADATION PROPERTIES OF LOW LINEAR DENSITY POLYETHYLENE/MONTMORILLONITE NANOCOMPOSITES. | |
| Ray et al. | Nanoclay-containing polymer composites | |
| Namazi et al. | New developments in polycaprolactone-layered silicate nano-biocomposites: fabrication and properties | |
| EP1620503A2 (en) | Preparation of organophyllosilicate nanocomposite compositions |