[發明專利]一種提高天然橡膠性能的改性伊利石制備方法

在審

• 申請號: 201710570103.5
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107189496A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 王樹江;苑春暉;張國馗;楊永恒;尹麗
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: C09C1/42
• 分類號: C09C1/42;C09C3/04;C09C3/08;C08L21/00;C08K13/06;C08K9/04;C08K3/34
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所22206
• 代理人: 李曉莉

技術領域

本發明屬于化學工程與技術領域，特別是涉及到一種提高天然橡膠性能的改性伊利石制備方法。

背景技術

黏土摻入橡膠，可提高橡膠力學性能，降低相應橡膠產品的成本。改性黏土在橡膠中添加的比例更大，對橡膠性能的提高也較大。該型黏土就是使用含有如胺、磷、硫的有機物，取代黏土顆粒層中的陽離子，使黏土與橡膠有更好的親和力，尤其膨脹性黏土，更容易改性并與橡膠摻雜，制備相應復合材料。

吉林省安圖縣發現一特大型沙質非膨脹性伊利石礦。為拓寬此種伊利石應用市場，將一定目數的伊利石粉與橡膠共混，并對其共混物性能進行測試，結果是伊利石可加入量很少。對橡膠性能沒有多大提高。原因是伊利石與橡膠共混時分散的不好，易團聚。嘗試性用改性的方法，改善伊利石的性能，效果不佳，問題在于這種伊利石顆粒的層內間距較小，很難通過傳統改性方法撬動其層間間距。攜入有機物集團，改善現有伊利石的結構及性能，拓寬其應用范圍和使用量是本發明的動力。

目前也有其他方法改性伊利石如硅烷偶聯劑改性伊利石，但由于伊利石的天然結構導致改性效果不明顯，改性劑的含量較低。伊利石是由兩個硅氧四面體中間夾著一個鋁氧八面體構成的“TOT”結構，其中四面體和八面體是由一個氧原子連接形成的。在伊利石的片層中分布著不同的羥基，大部分是不可反應的羥基只有少部分羥基可以參與反應。在八面體片上沒有與四面體連接的氧原子結合一個氫原子形成八面體中的鋁羥基、鎂羥基、鐵羥基等，這些羥基是不可反應羥基。在伊利石結構中可反應的羥基數量較少，只有結構層邊緣打開化學鍵形成的硅羥基，以及少量由于結構存在缺陷產生的硅羥基是可反應的羥基。硅烷偶聯劑改性伊利石需要大量可以參與反應的羥基，但因為伊利石可以反應的羥基數量較少，所以目前改性方法中硅烷偶聯劑直接改性伊利石效果較弱。同時，昂貴的硅烷偶聯劑也對產品的經濟價值產生了一定程度的影響。

使用陽離子改性劑直接改性伊利石方法較少，改性效果不明顯。這是因為伊利石是屬于非膨脹黏土陽離子改性劑不能撐開伊利石的夾層結構，同時伊利石電負性較低不能很好的吸附陽離子改性劑，只有少量的改性劑被伊利石的斷層邊緣的斷層處吸附。

由于改性伊利石存在著諸多困難，導致復合材料的性能上提高也不明顯，力學性能等各項性能提高幅度較低。

因此現有技術當中亟需要一種新型的技術方案來解決這一問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種提高天然橡膠性能的改性伊利石制備方法使得改性伊利石負載改性劑的含量多，改善伊利石的性能的技術問題。一種提高天然橡膠性能的改性伊利石制備方法，包括以下步驟，并且以下步驟順次進行，

步驟一、取伊利石投放到質量濃度0.5％～5％HCl溶液中，其中固液比按g/ml為1：40，在50℃～70℃恒溫水浴中以600rad/min攪拌1h～2h，將酸洗后的伊利石靜置、降至常溫后過濾；

步驟二、將所述步驟一中過濾后的伊利石用去離子水在三口燒瓶中反復攪拌沖洗，直至三口燒瓶中的去離子水pH值為7，過濾得到清洗后的伊利石在鼓風式恒溫干燥箱60℃條件下干燥24小時，磨成粉末顆粒，獲得酸洗后伊利石粉末；

步驟三、取5g所述步驟二中獲得的酸洗伊利石、200mL體積濃度50％異丙醇水溶液以及0.4g十六烷基三甲基溴化銨CTAB加入500ml三口瓶反應器中，在微波及70℃～80℃條件下反應0.5h～1h，靜置至室溫，采用離心機以5000rad/min條件下離心5min，離心后的固定顆粒在鼓風式恒溫干燥箱60℃條件下干燥24h，再用瑪瑙研缽研細得到CTAB改性伊利石。

所述步驟二中的粉末顆粒的粒徑為0.5μm～2μm。

所述CTAB改性伊利石的粒徑為0.5μm～2μm。

通過上述設計方案，本發明可以帶來如下有益效果：

本發明提供了一種制備改性伊利石的新方法，與原有改性方法相比該方法得到的改性伊利石負載改性劑的含量增多。用這種改性方法制備的改性伊利石與橡膠制得的復合材料與未改性伊利石或原有方法改性伊利石對比本法制備的改性伊利石在橡膠中分散較好，得到的復合材料各項性質優異，本法制備的改性伊利石與傳統填料如炭黑、二氧化硅對比價格便宜。本法制備的改性伊利石在橡膠中應用具有十分廣闊的應用前景。

本發明制備的改性伊利石與硅烷偶聯劑制備改性伊利石相比，其反應時間較短，反應溫度較低。本發明中使用的陽離子改性劑十六烷基三甲基溴化銨CTAB比硅烷偶聯劑更為廉價。本發明制備出的改性伊利石與橡膠分散更佳、力學性能更為優秀。

附圖說明