二次插層有機膨潤土的製備方法
2023-05-05 18:46:56 3
專利名稱：：二次插層有機膨潤土的製備方法
技術領域：
：本發明涉及有機膨潤土的製備方法。技術背景膨潤土是以蒙脫石為主的片狀粘土礦物，具有特殊的吸水性、水塑性、粘結性以及較強的離子交換性等，因此是當今應用範圍較廣、經濟價值較高的粘土礦物之一，它已被廣泛地應用於冶金、機械、石油、化工和環境保護等各個領域。有機膨潤土是膨潤土改性的深加工產品。由於其具有疏水親油的特性，在有機溶劑中具有良好的分散性、加溶性和乳化性，而廣泛應用於油漆、油墨、高溫潤滑脂、化妝品、鑄造、石油鑽井、農藥等工業領域作為防沉澱劑、稠化劑、增粘劑及懸浮劑等。同時，為了改善層狀矽酸鹽在聚合物中的分散性，在製備聚合物/粘土納米複合材料時，須解決粘土的表面特性及聚合物與粘土的相容性等問題，所以常釆用有機表面活性劑修飾粘土表面。西北工業大學的張小紅用甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨和十六烷基三甲基溴化銨作為插層劑，經過二次插層反應後，蒙脫石的層間距從1nm增大到3nm。中國礦業大學的陳漢周利用醇胺鑰離子和聚乙烯吡咯烷酮製備二次插層有機土，能很好地分散於PET/蒙脫土納米複合材料基體中，所得複合物的結晶性能與力學性能都有不同程度的提高。二次插層有機土的製備工藝，多數是用有機化試劑的二次插層，即兩次插層的試劑均為有機分子，並且得到的二次插層有機土的性能(層間距)並不理想。
發明內容本發明的目的是提供一種二次插層有機土的製備方法。本發明是一種二次插層有機膨潤土的製備方法，首先將鈉基膨潤土進行一次過渡金屬離子化，形成一次過渡金屬離子插層，然後進行二次有機化，形成二次有機插層。本發明的有益之處為通過陽離子交換引入過渡金屬離子，有機大分子以配位鍵與金屬離子結合，從而增大膨潤土的片層間距。具體實施方式本發明是一種二次插層有機膨潤土的製備方法，首先將鈉基膨潤土進行一次過渡金屬離子化，形成一次過渡金屬離子插層，然後進行二次有機化，形成二次有機插層。過渡金屬離子加入量為每100g鈉基膨潤土中含50~100mmo1過渡金屬離子。有機試劑加入量為每100g鈉基膨潤土中含50~100mmo1有機試劑。鈉基膨潤土粉體的尺寸在40~200nm之間。本發明的具體製備步驟為(1)形成一次過渡金屬離子插層在反應容器中加入蒸餾水，加熱到8(TC後，加入100g的鈉基膨潤土，震蕩使其分散，然後迅速加入50100mmo1的過渡金屬鹽類，攪拌約2小時，使其充分交換；交換後的土經過抽濾、洗滌、乾燥、粉碎後得到一次插層過渡金屬基膨潤土；(2)形成二次有機插層在另一個反應容器中加入蒸餾水，加熱到8(TC後，加入100g的一次插層過渡金屬基膨潤土，震蕩使其分散，然後迅速加入50100mmol的有機試劑，攪拌反應2小時，反應完畢後將得到的有機膨潤土料漿在常溫下離心分離後，用蒸餾水洗滌，重複數次水洗過程以除去其中殘餘的CI—;將分離出的有機膨潤土在4(TC左右的真空環境下進行乾燥，在105。C活化30分鐘，置乾燥容器中保存，即製得二次插層有機膨潤土。以上所述過渡金屬鹽類是硝酸鎳，或硝酸鈷，或硝酸銅。下面是本發明的三個實施例。實施例1在反應容器中加入蒸餾水，加熱到80。C後，加入100g的鈉基膨潤土，震蕩使其分散，然後迅速加入50100mmol的硝酸鎳，攪拌約2小時，使其充分交換。交換後的土經過抽濾、洗滌、乾燥、粉碎後得到一次過渡金屬離子插層膨潤土。在另一反應容器中加入蒸餾水，加熱到8CTC後，加入100g的一次過渡金屬離子插層膨潤土，震蕩使其分散，然後迅速加入50100mmol的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB),攪拌反應2小時。反應完畢後將有機膨潤土料漿在常溫下離心分離後，用蒸餾水洗滌，重複進行水洗過程以除去其中殘餘的CI—。將分離出的有機膨潤土在4(TC左右的真空環境進行乾燥，在105。C活化30分鐘，置於乾燥的容器中保存，即製得二次插層有機膨潤土。實施例2在反應容器中加入蒸餾水，加熱到8CTC後，加入100g的鈉基膨潤土，震蕩使其分散，然後迅速加入50100mmol的硝酸鈷，攪拌約2小時，使其充分交換。交換後的土經過抽濾、洗滌、乾燥、粉碎後得到一次過渡金屬離子插層膨潤土。在另一反應容器中加入蒸餾水，加熱到8(TC後，加入100g的一次過渡金屬離子插層膨潤土，震蕩使其分散，然後迅速加入50-100mmol的CTAB，攪拌反應2小時。反應完畢後將有機膨潤土料漿在常溫下離心分離後，用蒸餾水洗滌，重複進行水洗過程以除去其中殘餘的cr。將分離出的有機膨潤土在4(TC左右的真空環境下進行乾燥，在105r活化30分鐘，置於乾燥容器中保存，即製得二次插層有機膨潤土。實施例3在反應容器中加入蒸餾水，加熱到80。C後，加入100g的鈉基膨潤土，震蕩使其分散，然後迅速加入50-100mmol的硝酸銅，攪拌約2小時，使其充分交換。交換後的土經過抽濾、洗滌、乾燥、粉碎後得到一次過渡金屬離子插層膨潤土。在另一反應容器中加入蒸餾水，加熱到8(TC後，加入100g的一次過渡金屬離子插層膨潤土，震蕩使其分散，然後迅速加入50100mmol的CTAB，攪拌反應2小時。反應完畢後將有機膨潤土料漿在常溫下離心分離後，用蒸餾水洗滌，重複進行水洗過程以除去其中殘餘的cr。將分離出的有機膨潤土在4CTC左右的真空環境下進行乾燥，在105r活化30分鐘，置於乾燥容器中保存，即製得二次插層有機膨潤土。原鈉基膨潤土的衍射角26=6.24°，經過本發明有機化處理的膨潤土的衍射角都向左移，有機化越好，左移越大。根據Bragg方程2dsin6-A(式中d是蒙脫石片層之間的平均距離，8是半衍射角，A為入射X射線的波長，0.154nm)把XRD分析所得的e與A分別代入Bragg方程，就可算得膨潤土的層間距，計算得層間距列於表1中。表1不同土所對應的層間距tableseeoriginaldocumentpage6由表1可以得出，原土經過初步鈉化後，土的層間距增大了0.32nm,即在鈉化過程中，有多數的Na+進入了原土的層間。Na+進入土層間的因素主要有以下兩個(1)Na+與土層間的部分Ca"、Mg^進行陽離子交換；(2)其餘的Na+與原土片層自身所帶的負電荷產生靜電作用，吸引進入土片層中。用CTAB修飾鈉基土，表面活性劑中的長鏈正電基團與Na+發生陽離子交換，使土的層間距進一步增大(如3號有機土的層間距為2.016nm)。利用過渡金屬元素Ni2+,或Co"先與Na+陽離子交換，然後用CTAB與過渡金屬基土進行表面修飾反應，土的層間距增大到3.002nm和3.587nm。權利要求1、二次插層有機膨潤土的製備方法，其特徵在於首先將鈉基膨潤土進行一次過渡金屬離子化，形成一次過渡金屬離子插層，然後進行二次有機化，形成二次有機插層。2、根據權利要求1所述的二次插層有機膨潤土的製備方法，其特徵在於過渡金屬離子加入量為每100g鈉基膨潤土中含50~100mmo1過渡金屬離子。3、根據權利要求1所述的二次插層有機膨潤土的製備方法，其特徵在於有機試劑加入量為每100g鈉基膨潤土中含50-100mmo1有機試劑。4、根據權利要求1所述的二次插層有機膨潤土的製備方法，其特徵在於鈉基膨潤土粉體的尺寸在40~200nm之間。5、根據權利要求1所述的二次插層有機膨潤土的製備方法，其具體製備步驟為(1)形成一次過渡金屬離子插層在反應容器中加入蒸餾水，加熱到8CTC後，加入100g的鈉基膨潤土，震蕩使其分散，然後迅速加入50100mmol的過渡金屬鹽類，攪拌約2小時，使其充分交換；交換後的土經過抽濾、洗滌、乾燥、粉碎後得到一次插層過渡金屬基膨潤土；(2)形成二次有機插層在另一個反應容器中加入蒸餾水，加熱到8(TC後，加入100g的一次插層過渡金屬基膨潤土，震蕩使其分散，然後迅速加入50100mmol的有機試劑，攪拌反應2小時，反應完畢後將得到的有機膨潤土料漿在常溫下離心分離後，用蒸餾水洗滌，重複數次水洗過程以除去其中殘餘的CI—;將分離出的有機膨潤土在40。C左右的真空環境下進行乾燥，在105。C活化30分鐘，置乾燥容器中保存，即製得二次插層有機膨潤土。6、根據權利要求5所述的二次插層有機膨潤土的製備方法，其特徵在於所述過渡金屬鹽類是硝酸鎳，或硝酸鈷，或硝酸銅。全文摘要二次插層有機膨潤土的製備方法，其特徵在於首先將鈉基膨潤土進行一次過渡金屬離子化，形成一次過渡金屬離子插層，然後進行二次有機化，形成二次有機插層。通過陽離子交換引入過渡金屬離子，有機大分子以配位鍵與金屬離子結合，從而增大膨潤土的片層間距。文檔編號C01B33/40GK101264894SQ20071018848公開日2008年9月17日申請日期2007年11月16日優先權日2007年11月16日發明者馮輝霞,張國宏,毅王,陽趙,亮邵申請人:蘭州理工大學