[發(fā)明專利]一種有機(jī)改性納米凹土粒子及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210185618.0
• 申請(qǐng)日: 2012-06-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102690535A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 游波;趙英聚;林作川;武利民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): C09C1/42
• 分類號(hào): C09C1/42;C09C3/08;C09C3/10;C08K13/06;C08K9/04;C08K3/34
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工、材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)改性納米凹土粒子及其制備方法。

背景技術(shù)

凹凸棒又稱坡縷石或坡縷縞石。在礦物學(xué)上屬于海泡石族，其化學(xué)式為:?Mg₅(?H₂O)?₄?[?Si₄O₁₀]_?2?(?OH)?₂，是一種具有獨(dú)特性能的層鏈狀分子結(jié)構(gòu)的含水富鎂鋁硅酸鹽礦物。凹凸棒土（凹土）的基本結(jié)構(gòu)單元為棒狀或纖維狀單晶體，棒晶的直徑為0.01μm?數(shù)量級(jí)，長(zhǎng)度可達(dá)0.1～1?μm，由單晶平行聚集而成的棒晶束，由晶束(包括棒晶)?相互聚集堆砌而形成的各種聚集體，粒徑通常為0.01～0.1mm數(shù)量級(jí)。由于凹凸棒土獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，使其具有許多特殊的物化及工藝性能，如陽(yáng)離子可交換性、吸水性、吸附脫色性、大的比表面積(?9.?6~?36.?0?m²/?g)以及膠質(zhì)性和膨脹容等，使之在石油、化工、建材、造紙、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等方面得到廣泛的應(yīng)用。

作為納米材料，凹凸棒土被制成超細(xì)粉末后，容易產(chǎn)生表面效應(yīng)，導(dǎo)致材料的表面積增大，表面能升高，粒子處于非穩(wěn)定狀態(tài)，各個(gè)粒子之間易產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，天然凹凸棒土與非極性的聚合物的親和性很差，在聚合物基體中很難分散，因此若要將凹凸棒土應(yīng)用到材料領(lǐng)域，一般要通過(guò)有機(jī)化改性才能得到理想的相容性，起到較好的填料效果。凹凸棒土的有機(jī)改性一般采用物理吸附或化學(xué)接枝。物理法的優(yōu)點(diǎn)是最大限度的保留了凹凸棒土的天然結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是吸附的鏈段和凹凸棒土間的結(jié)合力較弱。化學(xué)法分為一步法和兩步法。一步法是直接將高濃度的功能性有機(jī)物和凹凸棒土直接混合反應(yīng)以形成化學(xué)鍵合，其缺點(diǎn)是表面接枝的功能性鏈段雜亂的附在凹凸棒土表面，對(duì)功能鏈段進(jìn)入凹凸棒土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成一道屏障，導(dǎo)致接枝率較低。兩步法則是首先將可聚合單體或引發(fā)劑接枝于凹凸棒土表面，然后可以通過(guò)控制第一步的接枝物的反應(yīng)活性來(lái)調(diào)控第二步反應(yīng)的接枝物種類和接枝量。

酸化處理工藝一般是將提純后的凹凸棒土用某種酸(?如鹽酸、硫酸或硝酸)浸泡后水洗至中性，干燥，?研磨過(guò)篩得到產(chǎn)品。酸化處理一方面除去了凹凸棒土中的雜質(zhì)，?使孔道疏通；?另一方面使凹凸棒土表面羥基脫氫帶負(fù)電荷，使更多的羥基結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出來(lái)而有利于縮合，凹凸棒土的酸處理工藝一般是作為凹凸棒土改性的前處理程序，以達(dá)到改性更徹底的目的。如P.?Pushpaletha等(Applied?Clay?Science，?2011，?51:?424-430)用乙酸處理凹凸棒土制得固體酸催化劑，用作醇類化合物的乙酰化反應(yīng)的催化劑。

硅烷偶聯(lián)劑處理是利用于凹土表面富含的極性的-Si-OH基團(tuán)對(duì)偶聯(lián)劑的偶聯(lián)作用?，使之與聚合物大分子鏈彼此相聯(lián)形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)?，從而達(dá)到對(duì)高聚物較好的改性效果。如Peng?Liu等（Colloids?and?Surfaces?A:?Physicochemical?and?Engineering?Aspects，?2006:?282-283，?498-503）用γ-氨丙基三乙氧基硅烷對(duì)凹凸棒土進(jìn)行表面改性形成化學(xué)鍵合，利用偶聯(lián)劑的胺基團(tuán)和溴乙酰溴酰胺化參與丙烯酰胺的表面引發(fā)的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)，制得了凹凸棒土-聚丙烯酰胺納米復(fù)合材料，對(duì)污水中的Hg等重金屬離子和染料粒子有很高的吸收率。孫傳金等（非金屬礦，?2008，?31:?24）用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)凹凸棒土表面改性，硅烷偶聯(lián)劑的疏水鏈段成功接枝在凹凸棒土表面，凹凸棒土親油性變好。中國(guó)專利CN?101613112A公開(kāi)的一種硅烷偶聯(lián)劑改性凹凸棒土的制備，采用烷氧基硅烷偶聯(lián)劑對(duì)凹凸棒土表面改性，偶聯(lián)劑的硅氧烷基團(tuán)與凹凸棒土表面豐富的羥基之間生成了穩(wěn)定的化學(xué)鍵，從而使改性凹凸棒土與有機(jī)物之間的相互作用增強(qiáng)，擴(kuò)大了凹凸棒土的應(yīng)用范圍。