RU2688571C2 - Способ получения наноматериалов модификацией слоистых силикатов цвиттер-ионными поверхностно-активными веществами - Google Patents
Способ получения наноматериалов модификацией слоистых силикатов цвиттер-ионными поверхностно-активными веществами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688571C2 RU2688571C2 RU2017108462A RU2017108462A RU2688571C2 RU 2688571 C2 RU2688571 C2 RU 2688571C2 RU 2017108462 A RU2017108462 A RU 2017108462A RU 2017108462 A RU2017108462 A RU 2017108462A RU 2688571 C2 RU2688571 C2 RU 2688571C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layered silicates
- montmorillonite
- nanomaterials
- zwitterionic surfactants
- modifying
- Prior art date
Links
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002888 zwitterionic surfactant Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 11
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical class 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 claims abstract description 15
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims abstract description 3
- KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-O N,N,N-trimethylglycinium Chemical class C[N+](C)(C)CC(O)=O KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims description 2
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 claims description 2
- 229910000269 smectite group Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-N Betaine Natural products C[N+](C)(C)CC([O-])=O KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229960003237 betaine Drugs 0.000 claims 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 abstract description 3
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 150000002462 imidazolines Chemical class 0.000 abstract 1
- ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-N Guanidine Chemical compound NC(N)=N ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 11
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 10
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- CHJJGSNFBQVOTG-UHFFFAOYSA-N N-methyl-guanidine Natural products CNC(N)=N CHJJGSNFBQVOTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 6
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SWSQBOPZIKWTGO-UHFFFAOYSA-N dimethylaminoamidine Natural products CN(C)C(N)=N SWSQBOPZIKWTGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229960004198 guanidine Drugs 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 4
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 4
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 4
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 4
- BGGGMYCMZTXZBY-UHFFFAOYSA-N (3-hydroxyphenyl) phosphono hydrogen phosphate Chemical compound OC1=CC=CC(OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)=C1 BGGGMYCMZTXZBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 aliphatic radical Chemical class 0.000 description 3
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 2
- 239000003093 cationic surfactant Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N epsilon-caprolactam Chemical compound O=C1CCCCCN1 JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MTNDZQHUAFNZQY-UHFFFAOYSA-N imidazoline Chemical compound C1CN=CN1 MTNDZQHUAFNZQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- ZKWJQNCOTNUNMF-QXMHVHEDSA-N 2-[dimethyl-[3-[[(z)-octadec-9-enoyl]amino]propyl]azaniumyl]acetate Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(=O)NCCC[N+](C)(C)CC([O-])=O ZKWJQNCOTNUNMF-QXMHVHEDSA-N 0.000 description 1
- 125000000022 2-aminoethyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])N([H])[H] 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- GAWIXWVDTYZWAW-UHFFFAOYSA-N C[CH]O Chemical group C[CH]O GAWIXWVDTYZWAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical group 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
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-M Trifluoroacetate Chemical compound [O-]C(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical group 0.000 description 1
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 1
- 150000001449 anionic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003945 anionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- STIAPHVBRDNOAJ-UHFFFAOYSA-N carbamimidoylazanium;carbonate Chemical compound NC(N)=N.NC(N)=N.OC(O)=O STIAPHVBRDNOAJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- MRUAUOIMASANKQ-UHFFFAOYSA-N cocamidopropyl betaine Chemical compound CCCCCCCCCCCC(=O)NCCC[N+](C)(C)CC([O-])=O MRUAUOIMASANKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940073507 cocamidopropyl betaine Drugs 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- ZZTURJAZCMUWEP-UHFFFAOYSA-N diaminomethylideneazanium;hydrogen sulfate Chemical compound NC(N)=N.OS(O)(=O)=O ZZTURJAZCMUWEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229960000789 guanidine hydrochloride Drugs 0.000 description 1
- PJJJBBJSCAKJQF-UHFFFAOYSA-N guanidinium chloride Chemical compound [Cl-].NC(N)=[NH2+] PJJJBBJSCAKJQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 229910001412 inorganic anion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001410 inorganic ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000006384 oligomerization reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002891 organic anions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/20—Silicates
- C01B33/36—Silicates having base-exchange properties but not having molecular sieve properties
- C01B33/38—Layered base-exchange silicates, e.g. clays, micas or alkali metal silicates of kenyaite or magadiite type
- C01B33/44—Products obtained from layered base-exchange silicates by ion-exchange with organic compounds such as ammonium, phosphonium or sulfonium compounds or by intercalation of organic compounds, e.g. organoclay material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Натриевую форму монтмориллонита диспергируют в водной среде и осуществляют химическую обработку цвиттер-ионным ПАВ из класса бетаинов и имидазолинов из расчета количества ПАВ, эквивалентного не менее 0,2 ёмкости катионного обмена минерала. Модифицированный монтмориллонит промывают от излишков ПАВ, выделяют в высокоскоростной центрифуге с последующей сушкой и помолом. Предложенное изобретение позволяет улучшить функциональные характеристики слоисто-силикатных наноматериалов и расширить ассортимент получаемых наноматериалов на основе модифицированных слоистых силикатов. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области получения наноматериалов путем модификации поверхности слоистых силикатов, которые могут быть использованы в качестве высокоэффективных сорбентов экологического и биомедицинского назначения, а также наполнителя полимеров в химической промышленности.
Слоистые силикаты обладают ярко выраженными ионно-обменными свойствами, что наряду с малым размером частиц и высокой удельной поверхностью определяет их повышенную адсорбционную и реакционную способность. Высокая перспективность использования слоистых силикатов в нанотехнологической сфере обусловлена особенностями физико-химических свойств этих минералов, возможностью их модифицирования различными методами и комплексами химических соединений, приводящего к образованию регулярных пористых и слоистых наноструктур, обладающих уникальными характеристиками.
Модификация слоистых силикатов позволяет направлено осуществлять закрепление на их поверхности различных химических соединений и получать привитые слои с регулируемой толщиной и поверхностной концентрацией привитых агентов. В частности, модификация слоистых силикатов является необходимым этапом для получения полимерных нанокомпозитных материалов и направлена на изменение поверхностных свойств этих минералов, делая их гидрофобными и органофильными. Кроме того, такая модификация увеличивает расстояние между слоями минерала, облегчая проникновение полимерных цепей в его межслоевое пространство. Также модификация слоистых силикатов имеет важное значение для создания сорбентов, с целью увеличения их поглощающей емкости и обеспечения большей селективности действия.
Известен модификатор на основе нанодисперсных органофильных слоистых силикатов для лакокрасочных влагозащитных материалов, получаемый путем воздействия на исходные силикаты четвертичных аминов (Кондратьев Д.Н. (RU), Кондратьева М.С. (RU), Гольдин В.В. (RU). Заявка на изобретение № 2010143669/05. Опубликовано: 10.05.2012 Бюл. № 13).
Известен способ модификации слоистых силикатов, используемых в химической промышленности как наполнитель полимеров, заключающийся в обработке природного монтмориллонита, которую ведут при ультразвуковом диспергировании монтмориллонита, эквимолярных количеств ε-капролактама и полифторированных спиртов в этаноле, с дальнейшей олигомеризацией высушенной реакционной массой в нанослоях монтмориллонита ε-капролактама с полифторированными спиртами в запаянной ампуле (Рахимова Н.А. (RU), Кудашев С.В. (RU). Патент RU № 2430883. Опубликовано: 10.10.2011 Бюл. № 28).
Известен способ получения органоглины, включающий перемешивание водной суспензии слоистого силиката (монтмориллонита) с солью из ряда: гуанидингидрохлорид, гуанидинкарбонат, гуанидинсульфат, при соотношении компонентов, мас.%: монтмориллонит - 85-90, гуанидинсодержащая соль - 10-15, с последующим отделением полученного модифицированного слоистого силиката, промывкой водой и сушкой (Микитаев А. К. (RU), Хаширова С. Ю. (RU), Малкандуев Ю. А. (RU), Микитаев М. А. (RU). Патент RU № 2380316. Опубликовано: 27.01.2010 Бюл. № 3).
Известен способ получения модифицированных слоистых силикатов, заключающийся заключается в обработке бентонитовой глины поверхностно-активными веществами с четвертичными атомами азота, в частности, гуанидинсодержащими солями: диаллилгуанидинацетат, диаллилгуанидинтрифторацетат, метакрилатгуанидин или акрилатгуанидин (Хаширова С. Ю. (RU), Сивов Н. А. (RU). Патент RU № 2369584. Опубликовано: 10.10.2009 Бюл. № 28).
Недостатками указанных выше составов и способов является тот факт, что наиболее часто используемые для модификации слоистых силикатов соли четвертичных аммониевых соединений, имеют низкую термическую стабильность. При температурах переработки многих термопластичных полимеров, они могут подвергаться деградации. Кроме того, получаемые в соответствии с известными способами модифицированные слоистые силикаты характеризуются значениями величин межслоевых расстояний минерала не более 3,0 - 4,0 нм, что затрудняет сорбцию некоторых патогенных и загрязняющих веществ в случае применения их в качестве сорбентов и не обеспечивает высокой степени диспергирования слоистого силиката в полимерной матрице в случае их применения в качестве наполнителя полимерных композитов.
Недостатками известных органомодифицированных слоистых силикатов также является их относительно низкая селективность по отношению к ряду загрязняющих и патогенных веществ.
Кроме того, наиболее широко применяемые для модификации слоистых силикатов катионные ПАВ обладают наибольшей токсичностью в сравнении с анионные или неионогенные поверхностно-активными веществами.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения наноматериала с повышенной термической стабильностью на основе органомодифицированного слоистого силиката (монтмориллонита) (Штепа С.В. (RU), Бахов Ф.Н. (RU), Черкина У.Ю. (RU). Патент RU № 2519174. Опубликовано: 10.06.2014 Бюл. № 16), включающий получение немодифицированного очищенного бентонита путем предварительного просева бентонитового порошка от крупных механических включений, диспергирование бентонитового порошка в водной среде, его дополнительную химическую обработку, обработку в системе гидроциклонных установок и вибросит, обработку в высокоскоростной центрифуге барабанного типа, обработку в смесителе, снабженного модулем вакуумирования, сушку и помол немодифицированного очищенного бентонита, с последующей обработкой приготовленного немодифицированного очищенного бентонита в высокоскоростной центрифуге барабанного типа, промешивании и введении добавок, выбранных из ряда сочетаний, например, олигомер на основе резорцинола дифосфата; четвертичная аммониевая соль [R1N+(CH3)3]Cl-, где R1 - жирный алифатический радикал с количеством атомов углерода преимущественно 16-18 и олигомер на основе резорцинола дифосфата; четвертичная аммониевая соль [R1N+(CH3)3Cl-, где R1 - жирный алифатический радикал с количеством атомов углерода преимущественно 16-18, четвертичная аммониевая соль [R1R2N+(CH3)2]Cl-, где R1 и R2 - жирные алифатические радикалы с количеством атомов углерода преимущественно 14-16 и олигомер на основе резорцинола дифосфата и др.
Данному патентному прототипу также присущ ряд недостатков, характерных другим известным способам. В частности, к ним относится сравнительно небольшая величина межплоскостного расстояния и токсичность катионных ПАВ. Вместе с тем, известные органомодифицированные слоистые силикаты, как правило, пригодны для более ограниченного диапазона вариантов применения и/или органических сред.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение функциональных характеристик наноматериалов на основе модифицированных слоистых силикатов и расширение областей их практического применения.
Для решения данной задачи и устранения вышеперечисленных недостатков, предлагается использование в качестве модификатора поверхности слоистых силикатов цвиттер-ионных ПАВ, в т.ч. бетаинов и имидозолинов, образованных органическим катионом и органическим или неорганическим анионом, и обладающие рядом важных особенностей, таких как, высокая термическая стабильность, стабильность в кислой и щелочной средах, совместимость со всеми видами ПАВ, экологическая безопасность и т.д. Кроме того, немаловажным преимуществом цвиттер-ионных ПАВ является их биоразлагаемость и нетоксичность.
Имея в своей структуре отрицательно заряженные группы, цвиттер-ионные ПАВ могут проникать в межслоевое пространство слоистых силикатов в результате обмена с неорганическими ионами или адсорбироваться на их поверхности, меняя таким образом свойства поверхности с гидрофильной до гидрофобной и органофильной. В то же время, наличие в структуре цвиттер-ионных поверхностно-активных веществ отрицательно заряженных групп, может наделить минерал некоторыми специальными свойства, например, электрохимическими, что делает этот материал перспективным при использовании в качестве высокоэффективного сорбента по отношению к катионным органическим загрязнителям. Также отрицательно заряженные группы, например, сульфонатная, имеют высокий адсорбционный потенциал по отношению к некоторым катионам тяжелых металлов.
Различные цвиттер-ионные поверхностно-активные вещества используют в качестве стабилизирующих добавок для полимеров, поэтому задача получить органомодифицированный слоисто-силикатный наноматериал, содержащий подобное соединение, представляется весьма перспективным направлением в области создания нового класса наполнителей для полимеров.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения, является получение слоисто-силикатного наноматериала, с улучшенными функциональными характеристиками, и расширение ассортимента получаемых наноматериалов на основе модифицированных слоистых силикатов.
Указанный технический результат достигается за счет применения в качестве модификатора природных слоистых силикатов (предпочтительно смектитовой группы, в частности, монтмориллонита) цвиттер-ионных поверхностно-активных веществ (предпочтительно бетаинов и имидозолинов), при этом модификация осуществляется путем ионно-обменной реакции из расчета количества цвиттер-ионного ПАВ, эквивалентном не менее 0,2 ёмкости катионного обмена минерала при ультразвуковом диспергировании в полярном растворителе (предпочтительно в воде или этаноле), с последующей промывкой модифицированного слоистого силиката от излишков ПАВ, его выделением в высокоскоростной центрифуге, сушкой и помолом.
Пример исполнения способа.
Натриевую форму монтмориллонита (далее - ММТ) диспергируют в дистиллированной воде в соотношении минерал:вода, равном 1:100 с использованием магнитной мешалки при постоянной скорости вращения магнитного якоря равной 1500 об/мин при комнатной температуре в течение 12 часов. К полученной суспензии добавляется цвиттер-ионное ПАВ в количестве, эквивалентном 2 ёмкостям катионного обмена (ЕКО). Наименование используемых ПАВ (примеры) - гидроксиэтилалкилимидазолин (далее - ЦГИ), аминоэтилалкилимидазолин (далее - ЦАИ), кокамидопропилбетаин (далее - КМПБ), олеиламидопропилбетаин (далее - ОАПБ). Осуществляется ультразвуковое диспергирование полученной суспензии в течение 30 минут с обеспечением в обрабатываемой среде режима акустических колебаний ~25 кГц при температуре 60°С, после чего суспензию выдерживают в течение 24 ч при перемешивании на магнитной мешалке. Полученная суспензия подвергается центрифугированию в течение 15 минут с максимальной скоростью вращения 22 000 об/мин и повторяется 5 раз до вымывания излишков ПАВ, контролируемых по наличию хлор-иона в растворе титрованием азотнокислым серебром. Полученный материал высушивается при температуре 60°С в сушильном шкафу в течение 12 часов и измельчается в агатовой ступке.
Для подтверждения достижения заявляемого технического результата выполнено рентгеноструктурное исследование полученных наноматериалов с целью проверки интеркалирования цвиттер-ионных ПАВ между слоями монтмориллонита после его поверхностной модификации, определяемую по сдвигу рефлекса (001) в сторону меньших углов θ (см. фиг.1).
Образцы для измерений готовились из суспензии с применением ультразвука, которая затем использовалась для приготовления ориентированных препаратов на стеклянных подложках. Рентгенодифракционный анализ ориентированных препаратов проводился при помощи рентгеновского дифрактометра Empyrean PANalytical. Рабочий режим – 40 кВ-40 mA, медное излучение, никелевый фильтр, диапазон измерений – 3…65о2θ, шаг по углу сканирования 0,02о2θ, фиксированная система фокусировочных щелей. Для ускорения съемки и повышения качества экспериментальных данных использовался полупроводниковый детектор нового поколения - DTex/Ultra: скорость сканирования – 10о2θ/минуту.
Данные рентгеноструктурного анализа слоистых силикатов, модифицированных различными цвиттер-ионными поверхностно-активными веществами, показали наличие межплоскостных расстояний, значительно превышающих величину межплоскостного расстояния в немодифицированном монтмориллоните, соответствующего 1,2 нм, что свидетельствует о присутствии молекул модификаторов между слоями минерала. При этом, получаемые значения межплоскостных расстояний, в зависимости от типа используемого цвиттер-ионного модификатора, увеличиваются до 6,3 нм.
Степень гидрофобности получаемых по данному изобретению наноматериалов определялась по величине краевого угла смачивания и, определяемого по основным геометрическим параметрам капель жидкости (высоте и диаметру основания), наносимых на таблетированный порошковый материал, спрессованный под давлением 300 кг/см2 в матрице цилиндрической формы высотой 5 мм и диаметром 20 мм. При исследовании гидрофильности краевой угол измерялся через 2-3 минуты после нанесения капли воды (см. фиг. 2).
Полученные значения θ (45 - 90°) для модифицированных слоистых силикатов свидетельствуют об адсорбции активных полярных групп органических модификаторов на поверхности минералов и вытеснении ими при этом молекул воды, преобразующих гидрофильную поверхность исходного природного слоистого силиката на гидрофобную, что обеспечивает достижение заявляемого эффекта по модификации поверхности минерала.
Таким образом, получаемый по данному изобретению наноматериал, обеспечивает повышенное расширение межслоевого пространства минерала, что потенциально способствует более интенсивной диффузии полимера, или его прекурсоров, в случае термореактивных материалов, и приводит к улучшению диспергирования и расслоения минерала. Получаемые наноматериалы характеризуются простотой изготовления, высокими функциональными характеристиками (в частности, повышенным межплоскостным расстоянием и гидрофобностью) отсутствием токсичности, повышенной термической стабильностью, обеспечиваемой используемым органическим модификатором.
Химические и физические свойства цвиттер-ионных ПАВ делают наноматериал по данному изобретению пригодным для использования в широком диапазоне вариантов применения и в широком диапазоне органических сред, например, полимеров. Дополнительное преимущество цвиттер-ионных ПАВ заключается в том, что они имеют относительно низкую стоимость, биоразлагаемы, экологически безопасны, а в системах с другими ПАВ снижают токсичное воздействие последних.
К преимуществам способа модификации слоистых силикатов относится возможность получения образцов с увеличенным расстоянием между слоями минерала (свыше 6 нм). При этом формируется гидрофобная органофильная наноструктура, обеспечивающей лучшую совместимость с полимерной матрицей, имеющей важнейшее значение при изготовлении композитных материалов, наполненных модифицированными слоистыми силикатами.
Claims (1)
- Способ получения наноматериалов модификацией поверхности слоистых силикатов, включающий обработку природных слоистых силикатов группы смектита (в частности, монтмориллонит) поверхностно-активными веществами с последующим отделением модифицированного слоистого силиката, промывкой и сушкой, отличающийся тем, что обработку ведут ультразвуковым диспергированием слоистого силиката в полярном растворителе при добавлении цвиттер-ионных поверхностно-активных веществ – имидозолинов и бетаинов из расчета количества цвиттер-ионного ПАВ, эквивалентного не менее 0,2 ёмкости катионного обмена минерала.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017108462A RU2688571C2 (ru) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Способ получения наноматериалов модификацией слоистых силикатов цвиттер-ионными поверхностно-активными веществами |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017108462A RU2688571C2 (ru) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Способ получения наноматериалов модификацией слоистых силикатов цвиттер-ионными поверхностно-активными веществами |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017108462A RU2017108462A (ru) | 2018-09-17 |
| RU2017108462A3 RU2017108462A3 (ru) | 2019-04-11 |
| RU2688571C2 true RU2688571C2 (ru) | 2019-05-21 |
Family
ID=63639636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017108462A RU2688571C2 (ru) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Способ получения наноматериалов модификацией слоистых силикатов цвиттер-ионными поверхностно-активными веществами |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2688571C2 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115005202A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-09-06 | 南开大学 | 一种表面活性剂诱导农药插层凹凸棒土纳米杂化物及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002024785A1 (fr) * | 2000-09-21 | 2002-03-28 | Sumitomo Bakelite Company, Ltd. | Precurseur de resine resistant a la chaleur, resine resistante a la chaleur, couche isolante isolant et dispositif semiconducteur |
| RU2412113C1 (ru) * | 2009-05-27 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова | Способ получения мономерных органомодифицированных глин, используемых в нанокомпозитах |
| RU2519174C1 (ru) * | 2013-04-05 | 2014-06-10 | Закрытое акционерное общество "МЕТАКЛЭЙ" (ЗАО "МЕТАКЛЭЙ") | Способ получения органомодифицированного монтмориллонита с повышенной термической стабильностью (варианты) |
-
2017
- 2017-03-15 RU RU2017108462A patent/RU2688571C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002024785A1 (fr) * | 2000-09-21 | 2002-03-28 | Sumitomo Bakelite Company, Ltd. | Precurseur de resine resistant a la chaleur, resine resistante a la chaleur, couche isolante isolant et dispositif semiconducteur |
| RU2412113C1 (ru) * | 2009-05-27 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова | Способ получения мономерных органомодифицированных глин, используемых в нанокомпозитах |
| RU2519174C1 (ru) * | 2013-04-05 | 2014-06-10 | Закрытое акционерное общество "МЕТАКЛЭЙ" (ЗАО "МЕТАКЛЭЙ") | Способ получения органомодифицированного монтмориллонита с повышенной термической стабильностью (варианты) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017108462A (ru) | 2018-09-17 |
| RU2017108462A3 (ru) | 2019-04-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Youssef et al. | Synthesis and utilization of poly (methylmethacrylate) nanocomposites based on modified montmorillonite | |
| Akelah et al. | Synthesis and characterization of ‘epoxyphilic’montmorillonites | |
| Li et al. | A novel approach to hierarchical sphere-like ZnAl-layered double hydroxides and their enhanced adsorption capability | |
| Mohammadnezhad et al. | The preparation of modified boehmite/PMMA nanocomposites by in situ polymerization and the assessment of their capability for Cu 2+ ion removal | |
| Pazos et al. | Synthetic high-charge organomica: effect of the layer charge and alkyl chain length on the structure of the adsorbed surfactants | |
| KR101582361B1 (ko) | 양극성 위치특이적 특성을 갖는 입자 및 이것의 제조 방법 | |
| Greesh et al. | Adsorption of 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid (AMPS) and related compounds onto montmorillonite clay | |
| Kara et al. | Physicochemical parameters of Hg (II) ions adsorption from aqueous solution by sepiolite/poly (vinylimidazole) | |
| Cheng et al. | Kaolinite nanomaterials: preparation, properties and functional applications | |
| Olad et al. | Eco-friendly biopolymer/clay/conducting polymer nanocomposite: characterization and its application in reactive dye removal | |
| Lazorenko et al. | Synthesis and structural characterization of betaine-and imidazoline-based organoclays | |
| Ruiz-Hitzky et al. | Clay-organic interactions: Organoclay complexes and polymer-clay nanocomposites | |
| RU2688571C2 (ru) | Способ получения наноматериалов модификацией слоистых силикатов цвиттер-ионными поверхностно-активными веществами | |
| Ismadji et al. | Modification of clay minerals for adsorption purpose | |
| Li et al. | Dispersion and rheology of polypropylene/organoclay nanocomposites: effect of cation exchange capacity and number of alkyl tails | |
| Jaiswal et al. | Layered double hydroxides and the environment: An overview | |
| Wang et al. | RETRACTED: Organoclays prepared from montmorillonites with tetramethylolphosphonium chloride in different pH conditions | |
| Le et al. | One-step synthesis of super-absorbent nanocomposite hydrogel based on bentonite | |
| RU2696377C2 (ru) | Способ получения пористого фуллеренсодержащего наноматериала на основе интеркалированного монтмориллонита | |
| Liu et al. | Microwave irradiation-assisted synthesis and flocculation behavior of quaternized chitosan/organo-montmorillonite nanocomposite | |
| Erkan et al. | Characterization of organo-bentonites obtained from different linear-chain quaternary alkylammmonium salts | |
| Aimable et al. | Role of surfactants and polymers for clay minerals as stabilizer of Pickering emulsion | |
| Belova et al. | Ultrasonic intercalation of gold nanoparticles into clay matrix in the presence of surface-active materials. Part I: neutral polyethylene glycol | |
| Livi et al. | Application of supercritical CO2 and ionic liquids for the preparation of fluorinated nanocomposites | |
| Pandey et al. | Surfactant-induced changes in physicochemical characters of bentonite clay |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200316 |