烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土的制备方法技术

本发明专利技术涉及烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土的制备方法。首先制备黏土在水中的悬浮液，再将含有烷基铵盐表面活性剂的溶液加入到黏土悬浮液中，通过调节反应介质成份组成的变化，得到烷基铵盐表面活性剂充分交换插层的改性黏土；或者直接将黏土粉末加入到烷基铵盐表面活性剂的溶液中，通过反应介质成份组成的变化，来改变烷基铵盐表面活性剂的状态，得到烷基铵盐表面活性剂充分交换插层的改性黏土。本发明专利技术通过调节反应介质成份组成的变化来改变烷基铵盐表面活性剂的状态，在尽量减少烷基铵盐表面活性剂物理作用吸附的同时，实现黏土层间阳离子的充分交换，烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土中的烷基铵盐表面活性剂插层量等于黏土的离子交换容量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及黏土的有机改性，特别涉及。
技术介绍
黏土是一类层状硅酸盐物质，其结构单元片层的厚度为1纳米，长宽在数十至数 百纳米之间，在自然界中有丰富的蕴藏，成本低廉。黏土片层表面带有负电荷，层间具有可 交换的阳离子如K+、 Na+、 Li+、 Ca2+、 Mg2+等。由于其具有层间离子可交换容量大、层间电荷 很高、片层的径厚比和比表面积大等许多优点，被广泛应用于钻井、铸造、催化、化妆品、制 药、涂料等生产中。黏土的层间阳离子可使用有机阳离子交换进行插层(intercalation) 处理，并进一步实现在聚合物基体中的纳米分散，得到聚合物/黏土纳米复合材料。自从 日本丰田汽车研究院的科学家制备出了具有纳米结构的聚酰胺6/黏土杂化材料(Polym. Pr印r. 1987,28(2) :447 448)，并揭示其具有轻质、高强、耐热、优异的阻隔性能等特点以 来，聚合物/黏土纳米复合领域引起了研究者的极大兴趣。黏土纳米片层具有很高的比表 面积和很大的径厚比，因而在纳米复合材料中能够最大限度地发挥分散相与基体间的复合 作用，在很低填充比例的条件下，大幅度提高材料的综合性能。 黏土的优异性能及其应用取决于其表面性质，因此黏土的表面改性一直是该领域 研究与发展的一个热点。由于黏土表面的亲水性特征，实际应用中往往需要进行表面改性。 例如聚合物/黏土纳米复合材料的研究表明，亲水的黏土表面不利于聚合物的插层，因此 需要对黏土进行有机化处理，提高其与聚合物的相容性，才能更好地在聚合物基体中分散， 制备插层型乃至剥离型纳米复合材料。其它领域的应用，如催化剂负载，重金属和有机污染 物吸附等，都依赖于黏土表面性质的可调控性及表面改性。 目前广泛应用的改性方法是利用黏土层间有可交换阳离子这一特性，利用离子交 换的原理，将有机改性剂(阳离子表面活性剂，通常为烷基铵盐)插入黏土片层之间，扩张 其片层间距，改善层间的微环境，使黏土的内外表面由亲水性转化为疏水性。这种方法的优 势在于易操作，适用范围广。但是通用的操作方法上存在缺陷，由于制备有机黏土的过程往 往会加入过量烷基铵盐表面活性剂以保证充分离子交换，因此有机黏土层间有物理作用吸 附的烷基铵盐表面活性剂存在，片层结构不稳定，且热稳定性较差，其热分解温度T^(热失 重量为5%时的温度，可用来表示热稳定性) 一般在200 25(TC左右，熔融共混制备聚合 物/黏土纳米复合材料的时候，在高温高剪切的作用下，黏土层间物理作用吸附的烷基铵 盐表面活性剂分解会导致黏土片层坍塌、聚合物分子降解和纳米复合材料结构的不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。 本专利技术的，是利用黏土片层上的可交换阳离子与烷基铵盐表面活性剂的离子交换反应，在烷基铵盐表面活性剂过量加入的改性体系中，通过调节反应介质成份组成的变化来改变烷基铵盐表面活性剂的状态，在尽 量减少烷基铵盐表面活性剂物理作用吸附的同时，实现黏土层间阳离子的充分交换，在黏 土的层间通过离子键接枝烷基铵盐表面活性剂的疏水长链，实现烷基铵盐表面活性剂的插 层改性。烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土中的烷基铵盐表面活性剂插层量等于黏土的 离子交换容量(Cation Exchange C即acity， CEC)。 本专利技术所使用的黏土是蒙脱石型黏土，所述的蒙脱石型黏土选自未经处理的无机 黏土，钠离子交换纯化的黏土或经酸化处理的质子化黏土中的一种。 本专利技术中所述的烷基铵盐表面活性剂是一种常用的工业表面活性剂，被广泛的应 用于黏土矿物的改性。本专利技术提供的烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土，在用于制备聚 酯和聚酰胺等聚合物纳米复合材料时，具有较好的热稳定性，同时能提高聚合物与黏土的 界面相互作用，有利于黏土的分散。所述的烷基铵盐表面活性剂选自以下所述的烷基铵 盐表面活性剂中的一种伯铵盐型表面活性剂，通式为R凡N+X—、仲铵盐型表面活性剂，通式为i^iy^N+x—、叔铵盐型表面活性齐u，通式为RiiyyiN+x—或季铵盐型表面活性剂，通式为 上述通式中的&是碳原子数目为8 22的烃基；R2， R3， R4独立的选自甲基、乙基、 丙基、丁基中的一种。 反离子X—选自卤素离子、硫酸根离子或氢氧根离子中的一种。 本专利技术的，首先制备黏土在水中的悬浮液，再将含有烷基铵盐表面活性剂的溶液加入到黏土悬浮液中，通过调节反应介质成份组成的变化，得到烷基铵盐表面活性剂充分交换插层的改性黏土；或者直接将黏土粉末加入到烷基铵盐表面活性剂的溶液中，通过烷基铵盐表面活性剂溶液中的反应介质成份组成的变化，来改变烷基铵盐表面活性剂的状态，得到烷基铵盐表面活性剂充分交换插层的改性黏土。 本专利技术的包括以下步骤 1)将1 10重量份的黏土缓慢分散于100 500重量份的水中，搅拌，形成均匀的黏土悬浮液；以黏土重量份为准； 2)将烷基铵盐表面活性剂溶解在反应介质为水、有机溶剂或水与有机溶剂的混合 液中后加入到步骤1)得到的黏土悬浮液中，反应温度为25 8(TC，搅拌，使黏土和烷基 铵盐表面活性剂在反应介质中充分反应；其中烷基铵盐表面活性剂的用量大于1CEC/克黏 土； 3)将步骤2)得到的产物进行过滤，将得到的滤饼用溶剂洗涤，干燥，得到烷基铵 盐表面活性剂插层的改性黏土 ；或 a)将烷基铵盐表面活性剂加入到反应介质为水、有机溶剂或水与有机溶剂的混合液中，搅拌得到烷基铵盐表面活性剂的溶液；然后将黏土粉末缓慢加入到此溶液中，反应温度为25 8(TC，搅拌；其中烷基铵盐表面活性剂的用量大于1CEC/克黏土 ； b)将步骤a)得到的产物进行过滤，将得到的滤饼用溶剂洗涤，干燥，得到烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土。 本专利技术所使用的黏土是蒙脱石型黏土，所述的蒙脱石型黏土选自未经处理的无机 黏土，钠离子交换纯化的黏土或经酸化处理的质子化黏土中的一种。 本专利技术所使用的烷基铵盐表面活性剂选自以下所述的烷基铵盐表面活性剂中的一种伯铵盐型表面活性剂，通式为R凡N+X—、仲铵盐型表面活性剂，通式为R凡H,X—、叔铵盐型表面活性剂，通式为Ri^I^HN+X—或季铵盐型表面活性剂，通式为Ri^iy^N+X—; 上述通式中的&是碳原子数目为8 22的烃基；R2， R3， R4独立的选自甲基、乙基、丙基、丁基中的一种。 反离子X—选自卤素离子、硫酸根离子或氢氧根离子中的一种。 上述搅拌所采用的搅拌方式选自超声波振荡、机械搅拌、高速乳化或电磁搅拌中 的一种。 步骤2)或步骤a)所述的在温度为25 8(TC下搅拌反应的时间是0. 5 48小 时。 本专利技术所使用的反应介质是针对黏土的悬浮分散剂和烷基铵盐表面活性剂的溶 剂；其中的有机溶剂选自乙醇，乙二醇，丙三醇或丙酮中的一种或大于一种以上的混合液。 本专利技术所使用的洗涤溶剂是针对反应后产生的微量无机盐及过量烷基铵盐表面 活性剂的溶剂，选自水，乙醇，乙二醇，丙三醇，甲醇，正丁醇，异丙醇或丙酮中的一种或大于 一种以上的混合液。 本专利技术方法制备得到的烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土经广角X射线衍射 (WAXD)和热重分析(TGA)证实了层间离子交换反应的发生，通过该反应成功的实现了烷基 铵盐表面活性剂在黏土片层中的插层结构可调控性。 本专利技术的烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：　　１）将１～１０重量份的黏土缓慢分散于１００～５００重量份的水中，搅拌，形成均匀的黏土悬浮液；以黏土重量份为准；　　２）将烷基铵盐表面活性剂溶解在反应介质为水、有机溶剂或水与有机溶剂的混合液中后加入到步骤１）得到的黏土悬浮液中，反应温度为２５～８０℃，搅拌，使黏土和烷基铵盐表面活性剂在反应介质中充分反应；其中烷基铵盐表面活性剂的用量大于１ＣＥＣ／克黏土；　　３）将步骤２）得到的产物进行过滤，将得到的滤饼用溶剂洗涤，干燥，得到烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土；或　　ａ）将烷基铵盐表面活性剂加入到反应介质为水、有机溶剂或水与有机溶剂的混合液中，搅拌得到烷基铵盐表面活性剂的溶液；然后将黏土粉末缓慢加入到此溶液中，反应温度为２５～８０℃，搅拌；其中烷基铵盐表面活性剂的用量大于１ＣＥＣ／克黏土；　　ｂ）将步骤ａ）得到的产物进行过滤，将得到的滤饼用溶剂洗涤，干燥，得到烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土。

【技术特征摘要】
一种烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤1)将1～10重量份的黏土缓慢分散于100～500重量份的水中，搅拌，形成均匀的黏土悬浮液；以黏土重量份为准；2)将烷基铵盐表面活性剂溶解在反应介质为水、有机溶剂或水与有机溶剂的混合液中后加入到步骤1)得到的黏土悬浮液中，反应温度为25～80℃，搅拌，使黏土和烷基铵盐表面活性剂在反应介质中充分反应；其中烷基铵盐表面活性剂的用量大于1CEC/克黏土；3)将步骤2)得到的产物进行过滤，将得到的滤饼用溶剂洗涤，干燥，得到烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土；或a)将烷基铵盐表面活性剂加入到反应介质为水、有机溶剂或水与有机溶剂的混合液中，搅拌得到烷基铵盐表面活性剂的溶液；然后将黏土粉末缓慢加入到此溶液中，反应温度为25～80℃，搅拌；其中烷基铵盐表面活性剂的用量大于1CEC/克黏土；b)将步骤a)得到的产物进行过滤，将得到的滤饼用溶剂洗涤，干燥，得到烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的烷基铵盐表面活性剂选自以下所述 的烷基铵盐表面活性剂中的一种伯铵盐型表面活性剂，通式为Ri^N+X—、仲铵盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳明书，封喜彦，张世民，丁艳芬，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]