RU2704190C1 - Method of producing organomodified montmorillonite (mmt) - Google Patents

Method of producing organomodified montmorillonite (mmt) Download PDF

Info

Publication number
RU2704190C1
RU2704190C1 RU2018146563A RU2018146563A RU2704190C1 RU 2704190 C1 RU2704190 C1 RU 2704190C1 RU 2018146563 A RU2018146563 A RU 2018146563A RU 2018146563 A RU2018146563 A RU 2018146563A RU 2704190 C1 RU2704190 C1 RU 2704190C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
clay
water
mmt
montmorillonite
acid
Prior art date
Application number
RU2018146563A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Константинович Поляков
Юрий Иванович Кирюхин
Виталий Иванович Гомзяк
Сергей Николаевич Чвалун
Петр Владимирович Дмитряков
Никита Геннадьевич Седуш
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2018146563A priority Critical patent/RU2704190C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2704190C1 publication Critical patent/RU2704190C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
    • C01B33/36Silicates having base-exchange properties but not having molecular sieve properties
    • C01B33/38Layered base-exchange silicates, e.g. clays, micas or alkali metal silicates of kenyaite or magadiite type
    • C01B33/44Products 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)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a method of modifying inorganic aluminosilicate filler, montmorillonite (clay) MMT using organic water-soluble biodegradable modifiers and can be used in making composites with improved characteristics (high degree of grafting and physical and mechanical properties). It can be used in medicine as biodegradable implants for targeted drug delivery into the body. Method of producing organomodified montmorillonite (MMT) by mixing of MMT previously dispersed in water with water-soluble oxy- or amino acids or their mixtures, lactones or lactams, followed by copolycondensation of component at temperature of 20–100 °C and initial weight ratio of MMT:Modifier:Water=2–30:1.5–50:40–95, with removal of water during copolycondensation. Oxyacids used are lactic or glycolic acid, ε-aminocaproic acid is used as amino acids, lactide, or glycolide, or ε-caprolactone is used as lactones, ε-caprolactam is chosen as lactams.
EFFECT: invention allows reducing the temperature of the grafting process up to room temperature and increasing the degree of grafting of the organic component.
1 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к способу модификации неорганического алюмосиликатного наполнителя, монтмориллонита (глины) с помощью различных органических водорастворимых биоразлагаемых модификаторов. Полученные модификаты могут быть использованы при создании композитов с улучшенными характеристиками (высокой степенью прививки и физико-механическими свойствами соответственно), которые могут быть использованы в медицине в качестве биоразлагаемых имплантов, для адресной доставки в организм лекарственных средств и т.д.The invention relates to a method for modifying an inorganic aluminosilicate filler, montmorillonite (clay) using various organic water-soluble biodegradable modifiers. The obtained modifiers can be used to create composites with improved characteristics (a high degree of grafting and physical and mechanical properties, respectively), which can be used in medicine as biodegradable implants, for targeted delivery of drugs to the body, etc.

Уровень техникиState of the art

Существует множество способов модификации монтмориллонита и получения композитов различного назначения на основе полученных модификатов. Варианты, наиболее близкие к предлагаемому техническому решению представлены в данном перечне.There are many ways to modify montmorillonite and to obtain composites for various purposes based on the obtained modifiers. The options closest to the proposed technical solution are presented in this list.

1. Патент РФ 2513766.1. RF patent 2513766.

Известен суперконцентрат на основе циклического олигомера бутилентерефталата и модифицированного мочевиной монтмориллонита. Модификация и совмещение осуществляют в растворе хлористого метилена.Known superconcentrate based on a cyclic oligomer of butylene terephthalate and urea-modified montmorillonite. Modification and combination is carried out in a solution of methylene chloride.

2. Патент РФ 2444562.2. RF patent 2444562.

Композиционный антифрикционный смазочный материал, содержащий наномонтмориллонит, модифицированный 1,1,9-тригидроперфторнонанолом (содержание 40 мас. %). Модификацию проводят с помощью ультразвука при температуре 70°С.Composite antifriction lubricant containing nanomontmorillonite modified with 1,1,9-trihydroperfluorononanol (content of 40 wt.%). The modification is carried out using ultrasound at a temperature of 70 ° C.

3. ЕР 1055706.3. EP 1055706.

Нанокомпозит полимер/глина с низкой проницаемостью по кислороду. Получен смешением нескольких органических компонент, включающих полиэтилен, полистирол, полипарахлорстирол и различные отверждаемые термопластичные смолы, а в качестве неорганического - расслоенную алкиламином глину.Nanocomposite polymer / clay with low oxygen permeability. Obtained by mixing several organic components, including polyethylene, polystyrene, polyparachlorostyrene and various curable thermoplastic resins, and as an inorganic one, clay clay layered.

4. Патент РФ 2375304.4. RF patent 2375304.

Глина, содержащая заряд компенсирующие органические ионы на основе канифоли и нанокомпозиционные материалы, содержащие такую глину.Clay containing a charge; compensating rosin-based organic ions and nanocomposite materials containing such clay.

5. Патент РФ 2430883.5. RF patent 2430883.

Способ получения антифрикционного композита на основе ε-капролактама, перфторированных спиртов и монтмориллонита, осуществляемый в две стадии. На первой проводят диспергирование глины и ее модификацию в растворе этанола, при 70°С, под действием ультразвука. После выделения модификата его подвергают соолигомеризации при 170°С, сопровождающейся образованием ковалентных связей между лактамом и спиртами, а также прививкой к глине.A method of obtaining an antifriction composite based on ε-caprolactam, perfluorinated alcohols and montmorillonite, carried out in two stages. At the first, clay is dispersed and modified in an ethanol solution, at 70 ° C, under the action of ultrasound. After isolation of the modifier, it is subjected to co-oligomerization at 170 ° C, accompanied by the formation of covalent bonds between lactam and alcohols, as well as grafting to clay.

6. Пат РФ 2443728.6. Pat RF 2443728.

Известен способ получения композита полимер/глина (наиболее близкий к заявляемому) путем предварительного экструдерного совмещения органомо дифицированной глины с полимером при высоком содержании наполнителя (51-70%), позволяющем одновременно достигать высокой степени его эксфолиации. Полученный суперконцентрат разбавляют далее матричным полимером до оптимальной степени наполнения (0,1-30%), гарантирующего более высокие физико-механические характеристики композита.A known method of producing a polymer / clay composite (closest to the claimed) by preliminary extruder combining organo-modified clay with a polymer at a high filler content (51-70%), allowing at the same time to achieve a high degree of exfoliation. The resulting superconcentrate is further diluted with a matrix polymer to the optimum degree of filling (0.1-30%), which guarantees higher physicomechanical characteristics of the composite.

7. Патент РФ 2516669.7. RF patent 2516669.

В более позднем патенте было показано, что с целью получения композита на основе полиэтилена и модифицированного монтмориллонита стойкого к растрескиванию и пригодного для защитного покрытия проводов, аналогичные операции могут осуществляться при концентрациях наполнителя 20-40% (мастербатч) и 0,1-20% в конечном полимере.In a later patent it was shown that in order to obtain a composite based on polyethylene and modified montmorillonite resistant to cracking and suitable for protective coating of wires, similar operations can be carried out at filler concentrations of 20-40% (masterbatch) and 0.1-20% in final polymer.

8. Патент РФ 2482137.8. RF patent 2482137.

Известен способ получения эластомерного композита, содержащего монтмориллонит, смешением водного эластомерного латекса с водной суспензией монтмориллонита, совместной коагуляцией их смеси с последующим механическим воздействием на нее и получением пластицированной маточной смеси.A known method of producing an elastomeric composite containing montmorillonite by mixing aqueous elastomeric latex with an aqueous suspension of montmorillonite, coagulating their mixture with subsequent mechanical action on it and obtaining a plasticized masterbatch.

9. Патент РФ 2519174.9. RF patent 2519174.

Оганомодифицированный монтмориллонит на основе глины предварительно модифицированной четвертичной аммониевой солью и олигомера резорциноладифосфата.Clay-modified montmorillonite based on clay of a pre-modified quaternary ammonium salt and resorcinol adiphosphate oligomer.

10. Патент РФ 2433954. Модификатор глины дистеарилметиламмонийхлорид.10. RF patent 2433954. Clay modifier distearylmethylammonium chloride.

11. Патент РФ 2417161.11. RF patent 2417161.

Акрилатгуанидин в комбинации с монтмориллонитом и радикальная полимеризация его, инициированная персульфатом.Acrylate guanidine in combination with montmorillonite and its radical polymerization initiated by persulfate.

12. Патент РФ 2412114.12. RF patent 2412114.

Способ получения интеркалированных нанокомпозитов на основе слоистых алюмосиликатов и органических материалов, допускающих в дальнейшем контакт получаемых гибридных материалов с пищей и включающих поливиниловый спирт, биополимеры, противомикробные пептиды, антиоксиданты, лекарственные вещества, витамины. Способ осуществляют в водной или водно-спиртовой среде в несколько стадий, включающих уменьшение размера слоистых частиц, предварительную их обработку с расширением межслоевого пространства, интеркалирование органических материалов в глину с расширенным межслоевым пространством, с получением маточной смеси и введением ее далее в пластмассовую матрицу.A method of producing intercalated nanocomposites based on layered aluminosilicates and organic materials, allowing further contact of the resulting hybrid materials with food and including polyvinyl alcohol, biopolymers, antimicrobial peptides, antioxidants, drugs, vitamins. The method is carried out in an aqueous or aqueous-alcoholic medium in several stages, including reducing the size of the layered particles, pretreating them with expanding the interlayer space, intercalating organic materials into clay with an expanded interlayer space, to obtain a masterbatch and introducing it further into the plastic matrix.

13. Патент РФ 2433954.13. RF patent 2433954.

Предложен способ модификации водной дисперсии смектитовой глины, который осуществлен предварительной натриевой ее активацией путем промывки раствором хлорида натрия, отделением оседающих естественным путем крупнодисперсных примесей и обработкой полученного продукта соединениями, содержащими органический катион с последующим выделением и сушкой модификата. В качестве органических соединений выбраны органические катионы, обязательно содержащие по крайней мере один органический радикал различного строения с достаточным числом атомов углерода.A method for modifying an aqueous dispersion of smectite clay is proposed, which is carried out by preliminary sodium activation by washing with a sodium chloride solution, separating naturally dispersed coarse impurities, and treating the resulting product with compounds containing an organic cation, followed by isolation and drying of the modifier. Organic cations are selected as organic compounds, which necessarily contain at least one organic radical of various structures with a sufficient number of carbon atoms.

14. Патент РФ 2520434.14. RF patent 2520434.

Способ получения глины, модифицированной в воде цвиттерионным мономером акрилат- или метакрилат гуанидином. Полученный органоминеральный продукт улучшает совместимость органической и неорганической составляющих различных композитов.A method of obtaining clay modified in water with a zwitterionic monomer acrylate or methacrylate guanidine. The resulting organomineral product improves the compatibility of the organic and inorganic components of various composites.

15. Патент США 9518134.15. US patent 9518134.

Предложен водный абсорбент, получаемый на основе модифицированной глины и содержащий карбоксильные или карбоксилатные функциональные группы. Абсорбент синтезируют прививкой акриловой кислоты, ее полимеров или олигомеров на частицы глины, диспергированные в воде. Прививка осуществляется радикально инициированной полимеризацией акриловой кислоты и сопровождается образованием ковалентных связей между наполнителем (глиной) и органическим модификатором.An aqueous absorbent obtained on the basis of modified clay and containing carboxyl or carboxylate functional groups is proposed. The absorbent is synthesized by grafting acrylic acid, its polymers or oligomers onto clay particles dispersed in water. Vaccination is carried out by a radical initiated polymerization of acrylic acid and is accompanied by the formation of covalent bonds between the filler (clay) and the organic modifier.

Таким образом, из предложенного перечня патентов близких к предлагаемому техническому решению, следует, что улучшение свойств ММТ при модификации происходит в результате проведения ряда предварительных операций, способствующих расслоению частиц глины (механического воздействия, ультразвука, обработки предшественниками и т.д.). Модификацию ММТ органическим компонентом проводят преимущественно в расплаве модификатора, в водной или неводной среде. При этом происходит простое смешение компонент или прививка органической составляющей к глине.Thus, from the proposed list of patents close to the proposed technical solution, it follows that the improvement of the properties of MMT during modification occurs as a result of a series of preliminary operations that contribute to the separation of clay particles (mechanical impact, ultrasound, processing with predecessors, etc.). Modification of MMT with an organic component is carried out mainly in the melt of the modifier, in an aqueous or non-aqueous medium. In this case, a simple mixing of the components or grafting of the organic component to the clay occurs.

Предлагаемая авторами совокупность существенных признаков в опубликованных источниках не обнаружена.The set of essential features proposed by the authors in published sources was not found.

Технической проблемой решаемой данным изобретением является упрощение способа модификации ММТ за счет исключения предварительных операций, возможность введения, конденсации и прививки биоразлагаемой органической компоненты на основе окси- и аминокислот, а также их циклических производных, в композит, в водной среде, используя высокие каталитические свойства глины.The technical problem solved by this invention is to simplify the method of modifying MMT by eliminating preliminary operations, the possibility of introducing, condensing and grafting a biodegradable organic component based on hydroxy and amino acids, as well as their cyclic derivatives, into a composite in an aqueous medium using high catalytic properties of clay .

Техническим результатом является снижение температуры проведения процесса вплоть до комнатной и получение высокой степени прививки органического компонента.The technical result is to reduce the temperature of the process down to room temperature and to obtain a high degree of grafting of the organic component.

Для достижения указанного технического результата предложен способ получения органомодифицированного монтмориллонита (ММТ) путем смешения предварительно диспергированного в воде ММТ с модификаторами, в качестве которых выбирают водорастворимые окси- или аминокислоты, или их смеси, лактоны или лактамы, с последующей сополиконденсацией компонент при температуре 20-100°С и начальном массовом соотношении ММТ: Модификатор: Вода = 2-30:1,5-50:40-95, с удалением воды в ходе сополиконденсации.To achieve the technical result, a method for producing organically modified montmorillonite (MMT) by mixing MMT previously dispersed in water with modifiers, which are selected as water-soluble hydroxy or amino acids, or mixtures thereof, lactones or lactams, followed by copolycondensation of the component at a temperature of 20-100 ° C and the initial mass ratio of MMT: Modifier: Water = 2-30: 1.5-50: 40-95, with the removal of water during copolycondensation.

При этом в качестве оксикислот выбирают молочную или гликолевую кислоту, в качестве аминокислот выбирают ε-аминокапроновую кислоту, в качестве лактонов выбирают лактид или гликолид, или ε-капролактон, в качестве лактамов выбирают ε-капролактам.In this case, lactic or glycolic acid is chosen as hydroxy acids, ε-aminocaproic acid is selected as amino acids, lactide or glycolide, or ε-caprolactone is selected as lactones, ε-caprolactam is chosen as lactams.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.The essence of the proposed method is as follows.

Модификацию глины биоразлагаемым полимером проводят в водных дисперсиях, где гидрофильное сродство ее проявляется в наибольшей степени.Clay modification with a biodegradable polymer is carried out in aqueous dispersions, where its hydrophilic affinity is manifested to the greatest extent.

В качестве модификаторов выбирают бифункциональные водорастворимые окси- или аминокислоты, имеющие концевые разноименные функциональные группы, способные к самоконденсации и образованию полимеров, содержащих внутрицепочечную химическую связь, которая может подвергаться далее биоразложению.As modifiers, bifunctional water-soluble hydroxy or amino acids having terminal unlike functional groups capable of self-condensation and the formation of polymers containing an intrachain chemical bond, which may undergo further biodegradation, are selected.

Возможно применение для модификации и циклических производных окси- или аминокислот - моно- или дилактонов или лактамов, которые подвержены гидролизу в воде и образованию олигомерных кислот с тем же сочетанием концевых функциональных групп.It is possible to use for the modification and cyclic derivatives of oxy- or amino acids - mono- or dilactones or lactams, which are susceptible to hydrolysis in water and the formation of oligomeric acids with the same combination of terminal functional groups.

Модификацию проводят при комнатной (или повышенной до 50-60-100°С) температуре с медленным порционным или одноразовым вводом компонентов друг в друга, глины в кислоту или кислоты в глину. Последний вариант более предпочтителен, т.к. способствует поддержанию рН среды в процессе модификации более близким к нейтральному и повышению степени прививки, а также более высокой степени эксфолиации минерального компонента.The modification is carried out at room temperature (or elevated to 50-60-100 ° C) with slow portioned or one-time introduction of components into each other, clay into acid or acid into clay. The latter option is more preferable, because helps maintain the pH of the medium during the modification process closer to neutral and increase the degree of grafting, as well as a higher degree of exfoliation of the mineral component.

В случае выбора в качестве модификатора циклических соединений, рН нейтрально на протяжении всего процесса, т.к. их гидролиз под действием щелочной глины происходит достаточно медленно и синхронизирован с последующей самоконденсацией образующихся функциональных групп.If cyclic compounds are chosen as a modifier, the pH is neutral throughout the process, since their hydrolysis under the action of alkaline clay occurs rather slowly and is synchronized with the subsequent self-condensation of the resulting functional groups.

Выбор соотношения компонент осуществляют в широких весовых пределах в диапазоне глина: модификатор: вода = 2-30:1,5-50:40-95. При избытке глины в получаемом продукте его можно квалифицировать как «модификат», при избытке органической составляющей как «композит».The selection of the ratio of the components is carried out in a wide weight range in the clay range: modifier: water = 2-30: 1.5-50: 40-95. With an excess of clay in the resulting product, it can be qualified as a “modifier”, with an excess of organic component as a “composite”.

Характер перемешивания системы в процессе модификации определяется выбором концентрации глины в воде. При значении 1-2% оно может быть периодическим и осуществляться обычным перемешивающим устройством (лопастная или магнитная мешалка). В системах с повышенной вязкостью (концентрация глины до 20%) необходимы мешалки с достаточно высоким крутящим моментом, а при концентрациях выше 20% - пластическая деформация, наиболее выгодный вариант которой - вальцевание пластилиноподобной массы. Во всех перемешивающих устройствах предпочтительны конструкции, создающие сдвиговые напряжения, способствующие дезагрегации частиц глины и ее активации соответственно.The nature of the mixing of the system during the modification is determined by the choice of clay concentration in water. With a value of 1-2%, it can be periodic and carried out by a conventional mixing device (paddle or magnetic stirrer). In systems with high viscosity (clay concentration up to 20%), agitators with a sufficiently high torque are required, and at concentrations above 20% - plastic deformation, the most advantageous option of which is the rolling of plasticine-like mass. In all mixing devices, designs that create shear stresses that contribute to the disaggregation of clay particles and its activation, respectively, are preferred.

Основные преимущества предлагаемого способа модификации глины состоят в следующем:The main advantages of the proposed method for modifying clay are as follows:

1. Образование биоразлагаемого полимера и его прививка к минеральному наполнителю осуществляется в водной среде, что коренным образом отличает предлагаемый способ от широко известных, проводимых в гомогенных, растворных или расплавных, но равновесных условиях. В предлагаемом варианте полимер откладывается на поверхности наполнителя (глины), прививается к ней и выводится из равновесия, что позволяет получать искомый продукт с достаточно высоким выходом по полимеру (25-100%, см. примеры).1. The formation of a biodegradable polymer and its grafting to a mineral filler is carried out in an aqueous medium, which fundamentally distinguishes the proposed method from widely known, carried out in homogeneous, solution or melt, but equilibrium conditions. In the proposed embodiment, the polymer is deposited on the surface of the filler (clay), grafted to it and is taken out of equilibrium, which makes it possible to obtain the desired product with a rather high polymer yield (25-100%, see examples).

2. Предлагаемый способ модификации глины биоразлагаемым полимером не требует специально вводимого катализатора, функцию которого выполняет сам наполнитель, щелочной характер которого в значительной мере ответственен за катализ.2. The proposed method for modifying clay with a biodegradable polymer does not require a specially introduced catalyst, the function of which is performed by the filler itself, whose alkaline nature is largely responsible for catalysis.

3. Высокие каталитические свойства глины проявляются в возможности конденсации бифункциональных кислот при комнатной температуре. Аналогичный процесс в растворе или расплаве (например, под действием олова или его солей) требует повышенных температур (выше 100°С).3. The high catalytic properties of clay are manifested in the possibility of condensation of bifunctional acids at room temperature. A similar process in solution or melt (for example, under the action of tin or its salts) requires elevated temperatures (above 100 ° C).

4. Глина, помимо основного своего алюмосиликатного состава, не токсичного для живого организма, содержит ряд микроэлементов, способствующих репарационным процессам при восстановлении живых поврежденных тканей (в частности костных). Лечебные свойства глины в литературе хорошо известны.4. Clay, in addition to its basic aluminosilicate composition, which is not toxic to a living organism, contains a number of microelements that contribute to repair processes during the restoration of living damaged tissues (in particular bone). The healing properties of clay are well known in the literature.

Список фигур, прилагаемых к описаниюList of figures attached to the description

Фиг. 1 ТГА образца монтмориллонита (Na+), модифицированного обработкой его водным раствором молочной кислоты способом медленного ввода глины в кислоту (пример 1 описания).FIG. 1 TGA of a sample of montmorillonite (Na +), modified by treating it with an aqueous solution of lactic acid by the method of slowly introducing clay into acid (example 1 of the description).

Фиг. 2 ТГА монтмориллонита (Na+), модифицированного L-молочной кислотой способом медленного (порционного) введения кислоты в водную дисперсию глины (пример 2 описания).FIG. 2 TGA montmorillonite (Na +), modified with L-lactic acid by the method of slow (batch) introduction of acid into an aqueous dispersion of clay (example 2 description).

Фиг. 3. ТГА образца монтмориллонита (Na+), модифицированного водным раствором молочной кислоты способом одностадийного вальцевания при высоком исходном содержании глины (стадия 1, пример 3.1 описания).FIG. 3. TGA sample of montmorillonite (Na +), modified with an aqueous solution of lactic acid by a single-stage rolling process with a high initial clay content (stage 1, description example 3.1).

Фиг. 4. ТГА образца монтмориллонита ((Na+), модифицированного водным раствором молочной кислоты способом повторного вальцевания в присутствии добавочного количества модификатора (стадия 2, пример 3.2 описания).FIG. 4. TGA sample of montmorillonite ((Na +), modified with an aqueous solution of lactic acid by the method of re-rolling in the presence of an additional amount of modifier (stage 2, description example 3.2).

Фиг. 5. ТГА образца монтмориллонита (Na+), модифицированного гликолевой кислотой (пример 4 описания).FIG. 5. TGA sample of montmorillonite (Na + ), modified with glycolic acid (example 4 description).

Фиг 6. ТГА образца монтмориллонита (Na+), модифицированного L-лактидом в воде (пример 5 оа+), модифицированного ε-капролактоном в воде (пример 6 описания).Fig 6. TGA sample of montmorillonite (Na + ), modified with L-lactide in water (example 5 oa + ), modified with ε-caprolactone in water (example 6 of the description).

Фиг. 7 ТГА образца монтмориллонита(Nа+), модифицированного ε-капролактоном в воде (пример 6 описания).FIG. 7 TGA of a sample of montmorillonite (Na + ) modified with ε-caprolactone in water (example 6 of the description).

Фиг. 8 ТГА образца монтмориллонита (Na+), модифицированного ε-аминокапроновой кислотой в воде (пример 7 описания).FIG. 8 TGA of a sample of montmorillonite (Na + ) modified with ε-aminocaproic acid in water (example 7 of the description).

Фиг. 9 ТГА образца монтмориллонита (Na+), модифицированного ε-капролактамом в воде (пример 8 описания).FIG. 9 TGA of a sample of montmorillonite (Na + ) modified with ε-caprolactam in water (example 8 of the description).

Фиг. 10 Монтмориллонит (Na+), модифицированный смесью молочной и гликолевой кислот (пример 9 описания).FIG. 10 Montmorillonite (Na + ), modified with a mixture of lactic and glycolic acids (example 9 of the description).

Пример 1.Example 1

Пример иллюстрирует возможность конденсации молочной кислоты под действием водной суспензии монтмориллонита и прививки получающейся полимолочной кислоты к частичкам глины.The example illustrates the possibility of condensation of lactic acid by the action of an aqueous suspension of montmorillonite and grafting the resulting polylactic acid to clay particles.

В стеклянный стакан емкостью 100 мл, снабженный магнитной мешалкой, загружают следующие компоненты: L-молочную кислоту (МК, концентрация 90%), которую разбавляют водой и монтмориллонит Na+(ММТ), который при перемешивании вводят постепенно, небольшими порциями, в течений 3-х часов. Весовой (процентный) состав полученной смеси ММТ : МК: вода = 22,3:31,1:46,6. Соотношение компонент без учета добавленной воды ММТ - 49,9%, МК - 50,1%, мольное содержание кислоты превышает мольное содержания натрия в глине в 15,4 раз. Смесь перемешивается далее еще 2 часа, превращаясь в сметанообразную не оседающую суспензию, ее кислотность изменяется постепенно от рН=4 до рН=5. Полученная суспензия выстаивается в течение 24 часов и осадок сушится без подогрева до постоянного веса.The following components are loaded into a 100 ml glass beaker equipped with a magnetic stirrer: L-lactic acid (MK, concentration 90%), which is diluted with water and montmorillonite Na + (MMT), which is introduced gradually with stirring, in small portions, over 3 hours. The weight (percent) composition of the resulting mixture of MMT: MK: water = 22.3: 31.1: 46.6. The ratio of the components excluding the added MMT water is 49.9%, MK - 50.1%, the molar acid content exceeds the molar sodium content in clay by 15.4 times. The mixture is stirred for another 2 hours, turning into a creamy non-settling suspension, its acidity changes gradually from pH = 4 to pH = 5. The resulting suspension is left to stand for 24 hours and the precipitate is dried without heating to constant weight.

Водная вытяжка с осадка отсутствует, а хлористый метилен медленно размывает его с появлением растворной вязкости, что качественно указывает на наличие полимера молочной кислоты. Содержание глины в полученном модификате, поправленном с учетом потери воды, выделившейся в результате конденсации кислоты, составило 49,9%.There is no water extract from the precipitate, and methylene chloride slowly erodes it with the appearance of a solution viscosity, which qualitatively indicates the presence of a lactic acid polymer. The clay content in the resulting modifier, adjusted for the loss of water released as a result of acid condensation, was 49.9%.

По данным ТГА (фиг. 1) содержание глины, оцененное по потере веса образца при нагреве до 450°С, близко к 50%. Это означает, что практически вся введенная кислота фиксируется на носителе (глине) в виде полимера (100%-ое превращение), основная масса которого распадается в температурном интервале 175-400°С.According to the TGA (Fig. 1), the clay content estimated by the weight loss of the sample when heated to 450 ° C is close to 50%. This means that almost all of the introduced acid is fixed on the carrier (clay) in the form of a polymer (100% conversion), the bulk of which breaks up in the temperature range 175-400 ° C.

Пример 2Example 2

Пример иллюстрирует возможность конденсации молочной кислоты под действием водной суспензии монтмориллонита и прививки получающейся полимолочной кислоты к частичкам глины. Отличие от примера 1 заключается в способе ввода компонент. В данном примере кислота медленно вводится в суспензию глины. Это позволяет дольше вести процесс прививки в интервале кислотности более близком к нейтральному.The example illustrates the possibility of condensation of lactic acid by the action of an aqueous suspension of montmorillonite and grafting the resulting polylactic acid to clay particles. The difference from example 1 lies in the method of input of the components. In this example, the acid is slowly introduced into the clay suspension. This allows you to longer lead the vaccination process in the range of acidity closer to neutral.

В стеклянный стакан, снабженный магнитной мешалкой, вводят 2,97 г монтмориллонита (Na+) и добавляют 100 мл дистиллированной воды. Концентрация глины составила 2,88%. С помощью магнитной мешалки глину диспергируют в воде до состояния, при котором отсутствует оседающая фракция. L-молочную кислоту (концентрация 90%) вводят по каплям в полученную суспензию, при перемешивании в течение 2 часов. Мольный избыток введенной кислоты превышает мольное содержание натрия в глине в 6 раз, рН системы остается при этом нейтральным. Это однозначно показывает, что избыточная кислотность исчезает не только в результате нейтрализации натриевой глины, но и параллельно протекающей поликонденсации МК.2.97 g of montmorillonite (Na + ) is introduced into a glass beaker equipped with a magnetic stirrer and 100 ml of distilled water are added. The concentration of clay was 2.88%. Using a magnetic stirrer, the clay is dispersed in water to a state in which there is no precipitating fraction. L-lactic acid (90% concentration) was added dropwise to the resulting suspension, with stirring, for 2 hours. The molar excess of the introduced acid exceeds the molar content of sodium in clay by 6 times, while the pH of the system remains neutral. This unequivocally shows that excess acidity disappears not only as a result of neutralization of sodium clay, but also in parallel to the polycondensation of MK.

Постепенный ввод кислоты при перемешивании продолжают еще в течение 3 часов до появления слабой кислотности (рН падает с 6 до 4) и мольного избытка карбоксильных групп кислоты по отношению к щелочным группам глины равным 14,3. Получают слизнеобразную, не оседающую массу состава ММТ : МК: вода = 3,9:5,0:91,1, которую сушат далее при комнатной температуре до постоянного веса и превращают в порошок с размером частиц 0,1-0,3 мм.The gradual addition of acid with stirring is continued for another 3 hours until a weak acidity appears (pH drops from 6 to 4) and a molar excess of carboxylic acid groups with respect to alkaline clay groups equal to 14.3. Get a slime-like, non-settling mass of the composition MMT: MK: water = 3.9: 5.0: 91.1, which is dried further at room temperature to constant weight and converted into a powder with a particle size of 0.1-0.3 mm

Полученный порошок, в отличие от образца, полученного по примеру 1, хорошо диспергируется водой и труднее хлористым метиленом, показывая тем самым наличие привитого полимера и определенную дифильность его свойств.The obtained powder, in contrast to the sample obtained according to example 1, is well dispersed with water and more difficult with methylene chloride, thereby showing the presence of grafted polymer and a certain diphilicity of its properties.

ТГА полученного модификата (композита) представлен на фиг. 2, из которого следует, что привитой органоминеральный сополимер наличествует и его термический распад по сравнению с образцом по примеру 1. протекает более интенсивно благодаря более развитой поверхности модификата.The TGA of the obtained modifier (composite) is shown in FIG. 2, from which it follows that the grafted organomineral copolymer is present and its thermal decomposition in comparison with the sample of example 1. proceeds more intensively due to the more developed surface of the modifier.

Таким образом, из примеров 1 и 2 однозначно следует, что при наличии монтмориллонита поликонденсация молочной кислоты может осуществляться в водной среде. При этом, получающийся полимер ковалентно связывается с алюмосиликатной основой, отлагается на поверхности носителя, выводится из равновесия и равновесный характер гомогенной конденсации по-существу превращается в неравновесный, позволяя реакции протекать с достаточно высоким выходом конечного продукта. Демонстрируются также и высокие каталитические свойства глины, т.к. гомогенная реакция, характерным признаком которой является достаточно высокая температура проведения (выше 100°С), становится в данном (гетерогенном) варианте осуществимой при комнатной температуре.Thus, it clearly follows from Examples 1 and 2 that in the presence of montmorillonite, the polycondensation of lactic acid can be carried out in an aqueous medium. At the same time, the resulting polymer covalently binds to the aluminosilicate base, is deposited on the surface of the carrier, is taken out of equilibrium, and the equilibrium nature of homogeneous condensation essentially turns into nonequilibrium, allowing the reaction to proceed with a sufficiently high yield of the final product. The high catalytic properties of clay are also demonstrated. a homogeneous reaction, a characteristic feature of which is a fairly high temperature (above 100 ° C), becomes in this (heterogeneous) version feasible at room temperature.

Пример 3Example 3

Пример иллюстрирует модификацию монтмориллонита L-молочной кислотой в водной среде при высокой начальной концентрации глины.An example illustrates the modification of montmorillonite with L-lactic acid in an aqueous medium at a high initial clay concentration.

1. В стеклянный стакан емкостью 250 мл вводят 28,9 г монтмориллонита (Na+) и добавляют 185 мл дистиллированной воды. Глину диспергируют с помощью механической мешалки в суспензию, частично оседающую при выстаивании. Концентрация глины в суспензии 13,5%. В полученную суспензию вводят 6,2 г L-молочной кислоты (90% концентрации) и смесь растирают с помощью механической мешалки при комнатной температуре в течение 5 часов. Получают водный пластилино-подобный концентрат глины следующего процентного состава ММТ : МК: вода = 13,2:2,5:84,3. Весовое содержание ММТ по отношению к МК составило 84,1%. Мольное соотношение МК/ММТ = 2,14. Несмотря на 2-х кратное превышение кислотных групп МК по отношению к щелочным группам глины рН системы равен 6,5.1. 28.9 g of montmorillonite (Na + ) is introduced into a 250 ml glass beaker and 185 ml of distilled water are added. Clay is dispersed using a mechanical stirrer into a suspension that partially settles during aging. The concentration of clay in suspension is 13.5%. 6.2 g of L-lactic acid (90% concentration) was added to the resulting suspension, and the mixture was triturated with a mechanical stirrer at room temperature for 5 hours. Get an aqueous plasticine-like clay concentrate of the following percentage composition MMT: MK: water = 13.2: 2.5: 84.3. The weight content of MMT in relation to MK was 84.1%. The molar ratio MK / MMT = 2.14. Despite a 2-fold excess of the acid groups of MK in relation to alkaline clay groups, the pH of the system is 6.5.

Массу делят пополам и половину разминают в пластину, которую сушат до постоянного веса. Высохший образец размалывают и подвергают экстракции водой или хлористым метиленом (ХМ). Водное извлечение отсутствует, а в ХМ образец размывается в вязкую дисперсию, качественно фиксирующую наличие полимера.The mass is divided in half and half is kneaded into a plate, which is dried to constant weight. The dried sample is ground and subjected to extraction with water or methylene chloride (XM). Water extraction is absent, and in XM the sample is washed out into a viscous dispersion, which qualitatively fixes the presence of polymer.

ТГА полученного образца представлен на фиг. 3, из которого следует, что содержание минеральной составляющей в образце не менее 89% (в диапазоне температур до 450°С), что хорошо согласуется с содержанием, поправленным на убыль воды модификатором, в результате конденсации (87,8%).The TGA of the obtained sample is shown in FIG. 3, from which it follows that the content of the mineral component in the sample is not less than 89% (in the temperature range up to 450 ° C), which is in good agreement with the content corrected for water loss by the modifier as a result of condensation (87.8%).

2. Вторую половину образца подвергают следующим манипуляциям. Пластилино-подобную массу разминают в лист толщиной 2-3 мм, который смачивают молочной кислотой, складывают несколько раз и полученную стопку прокатывают валиком снова в лист толщиной 2-3 мм. Операцию (вальцевания) повторяют несколько раз, добавляя новую порцию МК, при этом молочная кислота достаточно быстро поглощается модификатом (композитом), связывается и повышает упругость деформируемой массы. Количество связанной (добавочной) кислоты составило ориентировочно 50% (без учета, как содержащейся в ней воды, так и образовавшейся в результате конденсации). Мольное соотношение МК/ММТ увеличилось до 3,6. Водная проба полученного образца по-прежнему осталась нейтральной, сигнализируя о том, что практически вся дополнительно введенная кислота связалась в виде полимера (100%-ое превращение).2. The second half of the sample is subjected to the following manipulations. A plasticine-like mass is kneaded into a sheet 2-3 mm thick, which is moistened with lactic acid, folded several times and the resulting stack is rolled again into a sheet 2-3 mm thick. The operation (rolling) is repeated several times, adding a new portion of MK, while lactic acid is quickly absorbed by the modifier (composite), binds and increases the elasticity of the deformed mass. The amount of bound (additional) acid was approximately 50% (not taking into account both the water contained in it and the resulting condensation). The molar ratio MK / MMT increased to 3.6. An aqueous sample of the obtained sample still remained neutral, indicating that almost all additionally introduced acid was bound in the form of a polymer (100% conversion).

ТГА образца, подвергнутого дополнительной модификации, представлен на фиг. 4, из которого следует, что содержание глины уменьшилось до 60%, а привитой полимолочной фазы возросло до 40% (при предельной температуре 450°С).The TGA of the sample subjected to further modification is shown in FIG. 4, from which it follows that the clay content decreased to 60%, and the grafted polylactic phase increased to 40% (at a limiting temperature of 450 ° C).

Приведенный пример доказывает возможность модификации монтмориллонита при высокой его концентрации, как в изначально приготовленной водосодержащей смеси, так и в концентрированном модификате (композите). Обязательным условием при этом становится наличие достаточно интенсивных сдвиговых усилий, которые вызывают эксфолиацию частиц глины, эксфолиированное состояние которых закрепляется прививкой модификатора (полимера молочной кислоты).The given example proves the possibility of modifying montmorillonite at its high concentration, both in the initially prepared water-containing mixture and in the concentrated modifier (composite). A prerequisite for this is the presence of sufficiently intense shear forces that cause exfoliation of clay particles, the exfoliated state of which is fixed by grafting a modifier (lactic acid polymer).

Пример 4Example 4

Пример иллюстрирует возможность модификации монтмориллонита (Na+) гликолевой кислотой (ГК).The example illustrates the possibility of modifying montmorillonite (Na + ) with glycolic acid (HA).

В стеклянный стакан емкостью 150 мл, снабженный магнитной мешалкой, вводят 8,51 г монтмориллонита (Na+) и 56,4 г дистиллированной воды (концентрация глины 13,1%). При перемешивании получают частично оседающую суспензию. Далее небольшими порциями вводят гликолевую кислоту в течение 3-х часов до мольного соотношения ГК/ММТ = 2,93 и рН = 5. Полная нейтрализация глины наступает при мольном соотношении ГК/ММТ = 1,8. Полученный процентный состав смеси, включая воду, ММТ : ГК: вода = 12,5:4,3:83,2. Соотношение глины 74,4% и модификатора (ГК) 25,6%.8.51 g of montmorillonite (Na + ) and 56.4 g of distilled water (clay concentration 13.1%) are introduced into a 150 ml glass beaker equipped with a magnetic stirrer. With stirring, a partially settling suspension is obtained. Then, glycolic acid is introduced in small portions for 3 hours until the molar ratio HA / MMT = 2.93 and pH = 5. Complete neutralization of clay occurs at a molar ratio HA / MMT = 1.8. The resulting percentage composition of the mixture, including water, MMT: HA: water = 12.5: 4.3: 83.2. The ratio of clay 74.4% and modifier (GK) 25.6%.

С целью выведения из системы иона натрия смесь обрабатывают далее монохлоруксусной кислотой (МХУК) в количестве 1,0 г (10,6 ммол) в течение 4-х часов. Полученную, хорошо оседающую суспензию фильтруют, дважды промывают водой для удаления хлористого натрия и сушат до постоянного веса. Фильтрат объединяют и также высушивают для определения выхода и подведения материального баланса. Получают 8,56 г отмытого модификата (композита), выход которого от суммы изначально введенных ГК и ММТ составил 82%, что превышает содержание изначально введенной глины 74,4% и указывает на наличие прививки ГК на ММТ.In order to remove sodium ion from the system, the mixture is further treated with monochloroacetic acid (MCC) in an amount of 1.0 g (10.6 mmol) for 4 hours. The resulting well-precipitated suspension is filtered, washed twice with water to remove sodium chloride and dried to constant weight. The filtrate is combined and also dried to determine the yield and balance of material. 8.56 g of washed modifier (composite) are obtained, the yield of which from the sum of the initially introduced HA and MMT is 82%, which exceeds the content of the originally introduced clay 74.4% and indicates the presence of HA vaccine on MMT.

Выход отмытого водой модификата, считая от суммы введенных ГК и глины (исключая воду, которая должна выделиться в результате конденсации ГК), составил 85,4%, что превышает содержание изначально введенной глины (74,4%). В высушенном фильтрате, помимо хлористого натрия, обнаруживается нано-глина и олигомер гликолевой кислоты, прошедшие через фильтр, что объясняет дефицит прививки, определяемый методом экстрактивного разделения компонент.The yield of the modifier washed with water, counting from the sum of the added HA and clay (excluding the water that should be released as a result of condensation of the HA), amounted to 85.4%, which exceeds the content of the initially introduced clay (74.4%). In addition to sodium chloride, nano-clay and glycolic acid oligomer are detected in the dried filtrate, which have passed through the filter, which explains the grafting deficiency determined by the method of extractive separation of the components.

Наличие привитого полигликолида в отмытом модификате доказывается также ТГ-анализом. Соответствующая кривая представлена на фиг. 5, из которого видно, что наличествует органическая составляющая в модификате, содержание которой близко к 15% (при нагреве до 450°С). Также как и в варианте экстрактивного разделения, подтверждается дефицит органической фазы, однако факт ее прививки на неорганическую остается незыблемым.The presence of grafted polyglycolide in the washed modifier is also proved by TG analysis. The corresponding curve is shown in FIG. 5, which shows that there is an organic component in the modifier, the content of which is close to 15% (when heated to 450 ° C). As in the variant of extractive separation, the deficiency of the organic phase is confirmed, however, the fact of its inoculation onto the inorganic phase remains unshakable.

Пример 5Example 5

Пример иллюстрирует возможность модификации (Na+) монтмориллонита L-лактидом в воде.An example illustrates the possibility of modifying (Na + ) montmorillonite with L-lactide in water.

В стеклянный стакан емкостью 200 мл, снабженный магнитной мешалкой, вводят 14,4 г монтмориллонита и 1,88 г кристаллического L-лактида. Содержимое заливают 105 мл дистиллированной воды, пускают в ход магнитную мешалку и перемешивают при комнатной температуре в течение 5 часов. Массовый состав смеси ММТ : лактид : вода = 11,9:1,6:86,5. Содержание глины и лактида 88,2% и 11,8% соответственно. Мольное соотношение лактид/глина = 0,909 (мол/мол). В ходе перемешивания контролируют рН системы, которое нейтрально по ходу и в конце реакции. Лактид полностью растворяется при перемешивании. Получают сметанообразную, не оседающую при выдерживании массу, которую сушат далее на воздухе до постоянного веса.Into a 200 ml glass beaker equipped with a magnetic stirrer, 14.4 g of montmorillonite and 1.88 g of crystalline L-lactide are introduced. The contents are poured into 105 ml of distilled water, the magnetic stirrer is launched and stirred at room temperature for 5 hours. The mass composition of the mixture of MMT: lactide: water = 11.9: 1.6: 86.5. The clay and lactide contents are 88.2% and 11.8%, respectively. The molar ratio of lactide / clay = 0.909 (mol / mol). During mixing, control the pH of the system, which is neutral along and at the end of the reaction. Lactide is completely dissolved with stirring. A creamy, non-settling mass is obtained which is dried further in air to a constant weight.

Методом ТГА установленное содержание глины в модификате составило около 86% (при достижении температуры 450°С), т.е. несколько меньше, чем было в начале (см. фиг. 6). Указанное расхождение обусловлено образованием достаточно ощутимого количества нано-глины, которая по ходу нагрева улетучивается совместно с разлагающимся полилактидным модификатором.Using the TGA method, the established clay content in the modifier was about 86% (upon reaching a temperature of 450 ° C), i.e. slightly less than it was at the beginning (see Fig. 6). The indicated discrepancy is due to the formation of a rather perceptible amount of nano-clay, which evaporates along with the decomposing polylactide modifier during heating.

Наиболее вероятный механизм прививки в данном варианте заключается в предварительном гидролизе лактида, сопровождающегося раскрытием цикла, получении димерной сложноэфирной оксикислоты, растворимой в воде, которая и соконденсируется далее с силанольными или гидроксиалюминатными группами алюмосиликата. Катализируют указанный гидролиз щелочные группы самого алюмосиликата.The most likely vaccination mechanism in this embodiment is the preliminary hydrolysis of the lactide, accompanied by the opening of the cycle, the preparation of a dimeric ester hydroxy acid, soluble in water, which further condenses with silanol or hydroxyaluminate groups of aluminosilicate. The alkaline groups of the aluminosilicate itself are catalyzed by the indicated hydrolysis.

Пример 6Example 6

Пример иллюстрирует возможность модификации монтмориллонита (Na+) ε-капролактоном (ε-КЛ-ом) в воде.The example illustrates the possibility of modifying montmorillonite (Na + ) with ε-caprolactone (ε-CL) in water.

В стеклянный стакан емкостью 150 мл, снабженный магнитной мешалкой, вводят 13,6 г монтмориллонита, 7,275 г ε-капролактона и 84 г дистиллированной воды Получают смесь состава ММТ : ε-КЛ: вода = 12,9:6,9:80,2. Мольное соотношение лактон/глина = 4,69 (мол/мол). Весовое соотношение глина 65,2%, ε-капролактон 34,8%. Смесь диспергируют при комнатной температуре в течение 3 час и далее еще выдерживают 2 суток. Получают сметаноподобную, не оседающую массу, которую сушат на воздухе до постоянного веса и анализируют методом ТГА на наличие прививки (см. фиг. 7). Из рисунка видно, что образец содержит привитой полимер, основной распад которого происходит вблизи 350°С. Характеризуется завышенным содержанием глины 78% (450°С) и соответственно заниженным содержанием привитой органической фазы по сравнению с первоначально дозированным мономером (22% против 34,8%, выход полимера 63,2%).13.6 g of montmorillonite, 7.275 g of ε-caprolactone and 84 g of distilled water are introduced into a 150 ml glass beaker equipped with a magnetic stirrer. A mixture of the composition MMT: ε-CL: water = 12.9: 6.9: 80.2 is obtained. . The molar ratio of lactone / clay = 4.69 (mol / mol). The weight ratio of clay is 65.2%, ε-caprolactone 34.8%. The mixture is dispersed at room temperature for 3 hours and then still incubated for 2 days. A sour cream-like, non-settling mass is obtained, which is dried in air to constant weight and analyzed by the TGA method for vaccination (see Fig. 7). It can be seen from the figure that the sample contains a grafted polymer, the main decay of which occurs near 350 ° C. It is characterized by an overestimated clay content of 78% (450 ° C) and, accordingly, an underestimated content of grafted organic phase in comparison with the initially dosed monomer (22% versus 34.8%, polymer yield 63.2%).

В связи с этим, необходимо отметить, что указанное расхождение между дозировкой и ТГА может быть обусловлено, по крайней мере, двумя причинами. Одна из них сформулирована в примере 5, в соответствии с которой занижение содержания глины по ТГА может быть обусловлено ее летучестью в ходе определения вследствие образования нано-фракции. Вторая причина расхождения связана с высокой каталитической активностью глины, которая коксует органическую фазу, что задерживает ее распад, соответственно летучесть и приводит к завышению содержания неорганической составляющей. Обе причины могут уравновешивать друг друга.In this regard, it should be noted that the indicated discrepancy between the dosage and TGA may be due to at least two reasons. One of them is formulated in Example 5, according to which an underestimation of clay content by TGA may be due to its volatility during determination due to the formation of a nano-fraction. The second reason for the discrepancy is associated with the high catalytic activity of clay, which cokes the organic phase, which delays its decomposition, respectively, volatility and leads to an overestimation of the content of the inorganic component. Both reasons can balance each other out.

Пример 7Example 7

Пример иллюстрирует возможность модификации монтмориллонита (Na+) ε-аминокапроновой кислотой (ε-АКК) в ее водном растворе путем медленного введения глины.The example illustrates the possibility of modifying montmorillonite (Na + ) with ε-aminocaproic acid (ε-ACC) in its aqueous solution by slow introduction of clay.

В стеклянный стакан, снабженный магнитной мешалкой, вводят 40 г дистиллированной воды, в которой растворяют 0,685 г ε-АКК, затем небольшими порциями, не превышающими 30-50 мг, вводят при перемешивании 0,992 г глины в течение 3-х часов. Количество кислоты увеличивают далее до суммарного содержания 1,707 г и смесь выдерживают в течение суток. Получают стабильную, не оседающую при выстаивании сметанообразную суспензию (рН = 7), процентный состав которой ММТ : АКК: вода = 2,4:4,2:93,4. Мольное соотношение АКК/ММТ = 13,3. Содержание глины - 36,4%, АКК соответственно - 63,6%. ТГ-анализ полученного образца представлен на фиг. 8, из которого видно, что полученная кривая отличается, по крайней мере, двумя характерными участками, первый - в диапазоне 200-280°С, второй 300-450°С. Конечное содержание глины составило 30%. Низкотемпературный участок может быть отнесен за счет испарения АКК, не вступившей в реакцию (Ткип. = 255°С при 760 мм. рт.ст.), Высокотемпературный - за счет разложения и удаления получившегося привитого полимера. Расхождение между изначально введенным количеством глины (36,4%) и полученным в соответствии с ТГ-анализом (30%) может быть обусловлено разбалансировкой компонент в процессе анализа, однако факт наличия прививки остается неоспоримым.40 g of distilled water are introduced into a glass beaker equipped with a magnetic stirrer, in which 0.685 g of ε-ACA are dissolved, then 0.992 g of clay is introduced in small portions not exceeding 30-50 mg with stirring for 3 hours. The amount of acid is further increased to a total content of 1.707 g and the mixture is incubated for a day. A stable, creamy suspension (pH = 7) is obtained which does not settle upon standing, the percentage of which is MMT: ACC: water = 2.4: 4.2: 93.4. The molar ratio of ACC / MMT = 13.3. Clay content is 36.4%, ACC is 63.6%, respectively. TG analysis of the obtained sample is shown in FIG. 8, from which it can be seen that the obtained curve differs in at least two characteristic regions, the first in the range of 200-280 ° C, the second 300-450 ° C. The final clay content was 30%. The low-temperature site can be attributed to the evaporation of the ACC, which has not reacted (T boiling point = 255 ° C at 760 mm Hg), and the high-temperature site, due to the decomposition and removal of the resulting grafted polymer. The discrepancy between the initially introduced amount of clay (36.4%) and obtained in accordance with the TG analysis (30%) may be due to the imbalance of the components in the analysis process, however, the fact of vaccination remains undeniable.

Пример 8Example 8

Пример иллюстрирует возможность модификации монтмориллонита (Na+) ε-капролактамом (ε-КЛ-ам) в водной среде.The example illustrates the possibility of modifying montmorillonite (Na + ) with ε-caprolactam (ε-CL) in an aqueous medium.

В стеклянном стакане емкостью 200 мл готовят смесь следующего состава: монтмориллонит - 12,0%, ε-КЛ - 17,2%, вода - 70,8%. Мольный избыток ε-КЛ по отношению к функциональным группам глины 12,6. Содержание глины (без учета воды) - 41,1%, ε-КЛ - 58,9% соответственно. Смесь выдерживают при комнатной температуре при периодическом перемешивании 7 суток, в течение которых наблюдается частичное оседание глины (на 20-30% высоты). Полученную суспензию фильтруют, промывают несколько раз дистиллированной водой от остатков непрореагировавшего лактама и сушат при комнатной температуре до постоянного веса. Фильтрат и промывную воду суммируют и также высушивают. Экстрактивное разделение модификата показало, что выход нерастворимой части превысил изначальную дозировку глины как минимум на 26,7%, что может быть квалифицировано как содержание привитой фракции. ТГ-анализ представлен на фиг. 9, из которого следует, что содержание привитой части определено в размере 25%, а остаточной глины соответственно - 75% (при предельной температуре 450°С). Сходимость полученных результатов удовлетворительна и однозначно указывает на возможность прививки лактама на ММТ в принятых условиях.In a glass glass with a capacity of 200 ml, a mixture of the following composition is prepared: montmorillonite - 12.0%, ε-CL - 17.2%, water - 70.8%. The molar excess of ε-CL in relation to clay functional groups is 12.6. The clay content (excluding water) is 41.1%, ε-CL - 58.9%, respectively. The mixture is kept at room temperature with periodic stirring for 7 days, during which partial settlement of clay is observed (20-30% of the height). The resulting suspension is filtered, washed several times with distilled water from the remains of unreacted lactam and dried at room temperature to constant weight. The filtrate and wash water are summarized and also dried. The extractive separation of the modifier showed that the yield of the insoluble part exceeded the initial clay dosage by at least 26.7%, which can be qualified as the content of the grafted fraction. TG analysis is shown in FIG. 9, from which it follows that the content of the grafted part is determined to be 25%, and the residual clay, respectively, to 75% (at a limiting temperature of 450 ° C). The convergence of the obtained results is satisfactory and unequivocally indicates the possibility of vaccination of lactam on MMT under the accepted conditions.

Пример 9Example 9

Пример иллюстрирует возможность модификации монтмориллонита смесью L-молочной (МК) и гликолевой (ГК) кислот с получением их сополиконденсата в качестве органической составляющей модификата.The example illustrates the possibility of modifying montmorillonite with a mixture of L-lactic (MK) and glycolic (HA) acids to obtain their copolycondensate as an organic component of the modifier.

Предварительно при небольшом подогреве готовят раствор гликолевой кислоты в 90%-ом водном растворе молочной кислоты. Содержание компонент L-MK 73,8%, ГК -26,2%). 20,8 г полученного раствора вливают небольшими порциями в 24,0 г сухой глины. После каждого введения кислот смесь перемешивают до получения сухого, сыпучего, однородного порошка, вес которого контролируют по ходу процесса. Фиксируется снижение веса при комнатной температуре в ходе смешения, что однозначно свидетельствует о наличии соконденсации кислот при комнатной температуре, катализируемой глиной, и испарении образующейся при этом воды. Конверсия смеси кислот за 2 часа составила 80%. Для завершения процесса смесь продолжают перемешивать при нагреве до 60-70°С еще в течение 2-х часов. Получают сухой, пылевидный, порошкообразный модификат, который испытывают на экстрагируемость водой и хлористым метиленом.Preliminarily, with slight heating, a solution of glycolic acid in a 90% aqueous solution of lactic acid is prepared. The content of the components L-MK 73.8%, GK -26.2%). 20.8 g of the resulting solution are poured in small portions into 24.0 g of dry clay. After each injection of acids, the mixture is stirred until a dry, free-flowing, uniform powder is obtained, the weight of which is controlled during the process. Weight loss is detected at room temperature during mixing, which clearly indicates the presence of acid condensation at room temperature, catalyzed by clay, and the evaporation of the water formed in this process. The conversion of the acid mixture in 2 hours was 80%. To complete the process, the mixture is continued to mix while heating to 60-70 ° C for another 2 hours. A dry, dusty, powdery modifier is obtained, which is tested for extractability with water and methylene chloride.

Констатируется, что полученный модификат, содержащий по дозировке 61,5% глины (с учетом воды, потерянной МК+ГК при конденсации), хорошо диспергируется в воде с образованием вязкой дисперсии, которая оседает при выстаивании ее в течение нескольких дней, освобождая прозрачный гомогенный раствор, содержащий частично растворенный модификат.При отделении полученного раствора от осадка и добавлении к нему новой порции воды получают новый раствор, идентичный первоначальному по концентрации растворенного модификата. В обеих пробах после высушивания подтверждается наличие глины.It is stated that the obtained modifier containing 61.5% clay at a dosage (taking into account the water lost by MK + HA during condensation) is well dispersed in water with the formation of a viscous dispersion, which settles upon standing for several days, releasing a clear homogeneous solution containing partially dissolved modifier. When the resulting solution is separated from the precipitate and a new portion of water is added to it, a new solution is obtained that is identical to the initial concentration of the dissolved modifier. In both samples, after drying, the presence of clay is confirmed.

ТГА модификата представлен на фиг. 10, из которого следует, что терморазложение образца характеризуется по крайней мере двумя участками, один в диапазоне 100-200°С, второй 200-400°С, при этом содержание неразлагаемого компонента на краю второго диапазона (60%) близко к исходному содержанию глины (61,5%).The TGA modifier is shown in FIG. 10, from which it follows that the thermal decomposition of the sample is characterized by at least two sections, one in the range of 100-200 ° C, the second 200-400 ° C, while the content of the indecomposable component on the edge of the second range (60%) is close to the initial clay content (61.5%).

Таким образом, предложен простой способ модификации ММТ за счет исключения предварительных операций обработки глины, который проводится в водной среде, при низких температурах (вплоть до комнатных), легко осуществляется при больших содержаниях наполнителя, придавая ему гидрофильность, что делает его привлекательным для широкого использования в медицине.Thus, a simple method for modifying MMT by eliminating the preliminary clay processing operations, which is carried out in an aqueous medium at low temperatures (up to room temperature), is easily carried out at high filler contents, giving it hydrophilicity, which makes it attractive for widespread use medicine.

Claims (2)

1. Способ получения органомодифицированного монтмориллонита (ММТ) путем смешения предварительно диспергированного в воде ММТ с модификаторами, в качестве которых выбирают водорастворимые окси- или аминокислоты или их смеси, лактоны или лактамы, с последующей сополиконденсацией компонент при температуре 20-100°С и начальном массовом соотношении ММТ:Модификатор:Вода = 2-30:1,5-50:40-95, с удалением воды в ходе сополиконденсации.1. The method of obtaining organomodified montmorillonite (MMT) by mixing MMT previously dispersed in water with modifiers, which are selected as water-soluble hydroxy or amino acids or their mixtures, lactones or lactams, followed by copolycondensation of the component at a temperature of 20-100 ° C and initial mass the ratio of MMT: Modifier: Water = 2-30: 1.5-50: 40-95, with the removal of water during copolycondensation. 2. Способ по п. 1, в котором качестве оксикислот выбирают молочную или гликолевую кислоту, в качестве аминокислот выбирают ε-аминокапроновую кислоту, в качестве лактонов выбирают лактид, или гликолид, или ε-капролактон, в качестве лактамов выбирают ε-капролактам.2. The method according to claim 1, in which lactic or glycolic acid is selected as the hydroxy acid, ε-aminocaproic acid is selected as the amino acids, lactide, or glycolide, or ε-caprolactone is selected as lactones, and ε-caprolactam is chosen as lactams.
RU2018146563A 2018-12-26 2018-12-26 Method of producing organomodified montmorillonite (mmt) RU2704190C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146563A RU2704190C1 (en) 2018-12-26 2018-12-26 Method of producing organomodified montmorillonite (mmt)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146563A RU2704190C1 (en) 2018-12-26 2018-12-26 Method of producing organomodified montmorillonite (mmt)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2704190C1 true RU2704190C1 (en) 2019-10-24

Family

ID=68318311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018146563A RU2704190C1 (en) 2018-12-26 2018-12-26 Method of producing organomodified montmorillonite (mmt)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2704190C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1301835A1 (en) * 1982-08-10 1987-04-07 Институт коллоидной химии и химии воды им.А.В.Думанского Method for producing modified clay
RU2380316C1 (en) * 2008-10-13 2010-01-27 Закрытое акционерное общество "Макполимер" Method of producing organoclay
RU2430883C1 (en) * 2010-04-23 2011-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Method of modifying montmorillonite
EP1679285B1 (en) * 2003-09-08 2016-02-03 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Clay film

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1301835A1 (en) * 1982-08-10 1987-04-07 Институт коллоидной химии и химии воды им.А.В.Думанского Method for producing modified clay
EP1679285B1 (en) * 2003-09-08 2016-02-03 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Clay film
RU2380316C1 (en) * 2008-10-13 2010-01-27 Закрытое акционерное общество "Макполимер" Method of producing organoclay
RU2430883C1 (en) * 2010-04-23 2011-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Method of modifying montmorillonite

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6509039B1 (en) Crosslinked products of biopolymers containing amino groups
CN111909395B (en) Preparation method of injectable anti-cracking degradable supramolecular hydrogel
Katti et al. Synthesis and characterization of a novel chitosan/montmorillonite/hydroxyapatite nanocomposite for bone tissue engineering
Chen et al. Enzyme-catalyzed gel formation of gelatin and chitosan: potential for in situ applications
WO2003042250A1 (en) Composition and method to homogeneously modify or cross-link chitosan under neutral conditions
MX2007011212A (en) Nanoparticles of chitosan and polyethyleneglycol as a system for the administration of biologically-active molecules.
Wen et al. High mechanical strength chitosan-based hydrogels cross-linked with poly (ethylene glycol)/polycaprolactone micelles for the controlled release of drugs/growth factors
IE51469B1 (en) Plastics based composition
KR101946042B1 (en) Pla composite and preparing method thereof
CN113549166A (en) Method for producing low endotoxin chitosan
KR20190032303A (en) Pla composite and preparing method thereof
RU2704190C1 (en) Method of producing organomodified montmorillonite (mmt)
Gonçalves et al. Ionic liquid-mediated processing of SAIB-Chitin scaffolds
CN105801870B (en) The preparation method and products obtained therefrom of a kind of poly sialic acid-hyaluronic acid plural gel and application
Silina et al. Ultrasound-assisted synthesis of block copolymers of chitosan and D, L-lactide: Structure and properties
EP2836546B1 (en) Polylactide and calcium phosphate compositions and methods of making the same
CN114569781B (en) Polysaccharide conjugate hemostatic material, preparation method and application thereof
Shchipunov et al. Self-organization in the chitosan-clay nanoparticles system regulated through polysaccharide macromolecule charging. 1. Hydrogels
Roy et al. Stability of a biodegradable microcarrier surface: physically adsorbed versus chemically linked shells
Jayaraj et al. Microscopic studies on chitin and chitosan-based interpenetrating polymer networks, gels, blends, composites, and nanocomposites
Mallakpour Applications of layered double hydroxide biopolymer nanocomposites
CN101314058A (en) Modification method for animal skin collagen
JP2008093230A (en) Gel forming composition
dos Santos et al. Green adhesives for biomedical applications
Murugan et al. Modification of demineralized bone matrix by a chemical route