耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑及其製備方法
2023-06-04 03:25:56 3
專利名稱：耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑及其製備方法
技術領域：
本發明屬於一種耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑及其製備方法。
本發明從分子結構設計出發，合成了一種新型結構的耐高溫粘土有機插層劑。由於分子結構中含有大量的剛性基團，能有效提高分子的熱穩定性，從而提高插層粘土的熱分解溫度，獲得了耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑，由於其優良的熱穩定性，將會在聚合物/粘土納米複合材料領域有著良好的應用前景。
本發明粘土有機插層劑的分子結構為如下式(1)所示 其中，R為 R′為 其中，R1＝-O-，-SO2-，-CH2-；R2＝H；R3＝-CH3，-OCH3，-CF3，-OCF3，-F，-Cl或R2＝R3＝H，-CH3，-OCH3，-CF3，-OCF3，-F，-Cl；R4＝-CH3，-OCH3，-CF3，-OCF3，-F，-Cl；R5＝-CH3，-CF3。
本發明粘土有機插層劑的製備反應過程為鄰R基二甲酸酐與R′基二胺反應生成一端含有R基醯亞胺環，另一端含有伯胺基的剛棒狀結構分子。在氮氣保護下，將R′基二胺溶於一定量的N，N-二甲基乙醯胺中，向其中緩慢滴加鄰R基二甲酸酐溶於少量N，N-二甲基乙醯胺中所得的溶液，滴加完畢後，加入幾滴異喹啉，常溫反應1-5小時，然後升溫至溶液回流，繼續反應1-5小時。反應結束後，在沉澱劑中沉澱，過濾，洗滌，反覆三次，得到初級產物，將此產物加入到冰醋酸及少量濃鹽酸的混合液中，加熱溶解至溶液透明，並在沉澱劑中沉澱，過濾除去不容物，濾液中加入碳酸氫鈉，再過濾，不容物用乙醇重結晶，反覆三次，得到目標產物。測試其各種性能。
將上述製備的耐高溫粘土有機插層劑與粘土按一定配比加入去離子水中，在80℃下反應1-12小時，將產物用熱的去離子水反覆洗滌，抽濾，直到用硝酸銀水溶液檢驗濾液中無滷化銀白色沉澱產生，將洗滌後的產物在真空烘箱中80℃乾燥至恆重，得到有機化粘土。測試其各種性能。
本發明使用的鄰R基二甲酸酐包括鄰苯二甲酸酐，萘-1，8-二甲酸酐，4-苯基-環己烷-1，2-二甲酸酐。
本發明使用的R′基二胺包括對苯二胺；1，4-二(4-氨基苯氧基)苯；4，4′-二氨基二苯醚，4，4′-二氨基二苯碸，4，4′-二氨基二苯甲烷；2，2′-二甲基聯苯胺，2，2′-二甲氧基聯苯胺，2，2′-二三氟甲基聯苯胺，2，2′-二三氟甲氧基聯苯胺，2，2′-二氟聯苯胺，2，2′-二氯聯苯胺，聯苯二胺，2，2′，6，6′-四甲基聯苯胺，2，2′，6，6′-四甲氧基聯苯胺，2，2′，6，6′-四三氟甲基聯苯胺，2，2′，6，6′-四三氟甲氧基聯苯胺，2，2′，6，6′-四氟聯苯胺，2，2′，6，6′-四氯聯苯胺；3，3′-二甲基聯苯胺，3，3′-二甲氧基聯苯胺，3，3′-二三氟甲基聯苯胺，3，3′-二三氟甲氧基聯苯胺，3，3′-二氟聯苯胺，3，3′-二氯聯苯胺；2，2′-二[4-(4′-氨基苯氧基)苯基]丙烷，2，2′-二[4-(4′-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷。
本發明製備的耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑的分子結構經紅外光譜，核磁共振和質譜分析方法得到證實。通過調節R，R′的結構，可以得到多種耐高溫粘土有機插層劑。
本發明製備的有機化粘土經紅外光譜、X射線衍射和熱重分析進行表徵。
實例1在氮氣保護下，將5.924克(0.04mol)鄰苯二甲酸酐溶於80mlN，N-二甲基乙醯胺中，用恆壓滴液漏鬥緩慢滴加7.369克(0.04mol)4，4′-二胺基聯苯溶於20mlN，N-二甲基乙醯胺中的溶液，2小時滴加完畢，加入三滴異喹啉，常溫下攪拌反應2小時，然後升溫至溶液回流，繼續反應3小時。反應結束後，將反應液沉析至800ml水中，過濾，洗滌，反覆三次，得到初級產物，將此產物加入到100ml冰醋酸及10ml濃鹽酸的混合液中，加熱溶解至溶液透明，並沉析至800ml水中，過濾除去不容物，濾液中加入8克碳酸氫鈉，再過濾，不容物用乙醇重結晶，反覆三次，得到目標產物N-[4-(4′-氨基苯基)]苯基鄰苯二甲醯亞胺3.055克。紅外光譜1780cm-1及1713cm-1(C＝O)，3355cm-1及3435cm-1(N-H)；核磁共振3.80ppm(-NH3)；質譜m/e＝314(分子離子峰)。
將0.5克(1mmol)蒙脫土和0.314克(2mmol)N-[4-(4′-氨基苯基)]苯基鄰苯二甲醯亞胺及0.1ml濃鹽酸加入到25ml去離子水中，80℃反應6小時，反應結束後產物用熱的去離子水洗滌五次，用硝酸銀水溶液檢驗濾液中無滷化銀白色沉澱產生，洗滌後的產物80℃下真空乾燥，得到目標產物0.6克。紅外光譜1780cm-1，1713cm-1(C＝O)；X射線衍射2θ＝3.04°，d＝2.90nm；熱失重初始溫度為344.8℃，熱失重5％的溫度為370.5℃。
權利要求
1.耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑，其特徵在於化合物的分子結構為 其中，R為 R′為 其中，R1＝-O-，-SO2-，-CH2-；R2＝H，R3＝-CH3，-OCH3，-CF3，-OCF3，-F，-Cl或R2＝R3＝H，-CH3，-OCH3，-CF3，-OCF3，-F，-Cl；R4＝-CH3，-OCH3，-CF3，-OCF3，-F，-Cl；R5＝-CH3，-CF3。
2.耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑的製備方法，其特徵在於將鄰R基二甲酸酐與R′基二胺反應生成一端含有R基醯亞胺環，另一端含有伯胺基的剛棒狀結構分子，反應結束後，在沉澱劑中沉澱，過濾，洗滌，反覆三次，得到初級產物，向此產物中加入冰醋酸及少量濃鹽酸，加熱溶解至溶液透明，並在沉澱劑中沉澱，過濾除去不容物，濾液中加入碳酸氫鈉，再過濾，不容物用乙醇重結晶，反覆三次，得到目標產物。
3.根據權利要求2所述的耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑的製備方法，其特徵在於鄰R基二甲酸酐包括鄰苯二甲酸酐，萘-1，8-二甲酸酐，4-苯基-環己烷-1，2-二甲酸酐。
4.根據權利要求2所述的耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑的製備方法，其特徵在於R′基二胺包括對苯二胺；1，4-二(4-氨基苯氧基)苯；4，4′-二氨基二苯醚，4，4′-二氨基二苯碸，4，4′-二氨基二苯甲烷；2，2′-二甲基聯苯胺，2，2′-二甲氧基聯苯胺，2，2′-二三氟甲基聯苯胺，2，2′-二三氟甲氧基聯苯胺，2，2′-二氟聯苯胺，2，2′-二氯聯苯胺，聯苯二胺，2，2′，6，6′-四甲基聯苯胺，2，2′，6，6′-四甲氧基聯苯胺，2，2′，6，6′-四三氟甲基聯苯胺，2，2′，6，6′-四三氟甲氧基聯苯胺，2，2′，6，6′-四氟聯苯胺，2，2′，6，6′-四氯聯苯胺；3，3′-二甲基聯苯胺，3，3′-二甲氧基聯苯胺，3，3′-二三氟甲基聯苯胺，3，3′-二三氟甲氧基聯苯胺，3，3′-二氟聯苯胺，3，3′-二氯聯苯胺；2，2′-二[4-(4′-氨基苯氧基)苯基]丙烷，2，2′-二[4-(4′-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷。
5.根據權利要求2所述的耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑的製備方法，其特徵在於插層劑的製備是在常溫下反應1-5小時，然後升溫至回流，繼續反應1-5小時。
6.根據權利要求2所述的耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑的製備方法，其特徵在於用異喹啉為反應催化劑。
7.根據權利要求2所述的耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑的製備方法，其特徵在於用N，N-二甲基乙醯胺為反應溶劑。
8.根據權利要求2所述的耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑的製備方法，其特徵在於用水為沉澱劑。
全文摘要
本發明公開了式(1)所示的一類耐高溫剛棒狀粘土有機插層劑,它是將R基二甲酸酐與R′基二胺反應生成一端含有R基醯亞胺環,另一端含有伯胺基的剛棒狀結構分子。用此類插層劑改性的粘土,其熱分解溫度比常用的脂肪族烷基胺鹽插層劑改性的粘土高100℃以上,將在聚合物/粘土納米複合材料領域有著廣泛的應用前景。
文檔編號C08K9/00GK1379057SQ02111460
公開日2002年11月13日 申請日期2002年4月23日 優先權日2002年4月23日
發明者梁竹梅, 印傑 申請人:上海交通大學