[發明專利]一種改性蒙脫土、制備方法及復合材料

在審

• 申請號: 201811058171.4
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109265745A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 劉永明;王軍磊;彭卓;劉宇;劉清亭;熊紫薇;馬成斌;張冬
• 申請（專利權）人: 山西山明環保科技有限公司
• 主分類號: C08K9/04
• 分類號: C08K9/04;C08K3/34;C08L23/12;C08L7/00
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本發明公開了一種改性蒙脫土的制備方法及由此制得的改性蒙脫土，以及改性蒙脫土復合材料，改性蒙脫土將蒙脫土和微生物在微生物培養基中培養后，進行固液分離，最后烘干得到改性蒙脫土。本發明使蒙脫土在微生物的培養液中膨脹，微生物和微生物的代謝產物(胞外聚合物等)和蒙脫土層間金屬離子發生反應，將蒙脫土層間距離增大，甚至剝離，微生物及代謝產物在納米層表面形成致密的有機膜，提高表面親油性；另外微生物在蒙脫土表面固定化后，和某些陽離子反應，使其表面和內部產生密集的孔洞，提高表面粗糙程度、孔隙率和比表面積，進而提高蒙脫土活性。

技術領域

本發明涉及無機填料技術領域，特別是涉及一種改性蒙脫土，改性蒙脫土的制備方法，以及采用該改性蒙脫土制備的改性蒙脫土復合材料。

背景技術

在高分子化工中，填料是用量最大的添加劑，幾乎所有的塑料、橡膠和涂料都使用大量填料。其中聚合物/粘土納米復合材料具有優異的機械性能、熱穩定性、氣體阻隔性、阻燃性和導電性等等，具有較傳統聚合物/無機填料復合材料無可比擬的優點。其中蒙脫土是一種天然礦物，具有特殊的化學組成和晶體結構，因此它具有膨脹性、分散性、懸浮性、粘結性和陽離子交換性等許多獨特性能，利用這些性能，蒙脫土已在航空航天、石油、食品、日用化工以及環保等領域得到廣泛應用。

蒙脫土的主要成分為二氧化硅三氧化鋁，并含有少量的鎂、鈣、鉀、鈉、鐵、銅等離子，它的結構是由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2:1型晶體結構，在四面體和八面體中，高價的硅離子和鋁離子可被其它低價陽離子置換，通過這種置換使蒙脫土晶胞帶負電荷，成為一個大的負離子，從而使它具有吸附某些陽離子的能力，但這些陽離子與晶體的結合不牢固，易被其它低價離子所置換，這些離子的交換作用主要是在晶層間進行的，因此并不影響蒙脫土的結構。但不同的層間陽離子，對蒙脫土的物化性能有較大影響，這些層間陽離子同時具有較強的水合作用，能夠在層間吸附相當于自身體積8-20倍的水而膨脹至30倍，在水介質中能分散呈膠體懸浮液，因此在水中具有較大的膨脹性，又由于蒙脫土礦物晶粒細小，具有較大的比表面積，且層間作用力較弱，在溶劑作用下易發生剝離、膨脹、分離而形成更薄的單晶片，使蒙脫土具有較大的內表面積，因此蒙脫土具有較高的吸附能力。

未改性蒙脫土為粘性且質地緊實的黏土塊狀，直接填充到高分子材料，效果不佳。要得到性能更優異的高分子/蒙脫土納米復合材料，必須對蒙脫土進行改性，使其層間距增大，親水性變為親油性，現有的技術主要分為有機改性、無機改性，還有將兩者結合的有機/無機復合改性。目前所采用的蒙脫土的有機改性劑主要有氨基酸、有機季銨鹽、聚合物單體、偶聯劑、茂金屬、有機季鏻鹽等幾種。無機改性劑主要有無機鹽和酸兩類。但是無論有機改性、無機改性，所使用的某些化學試劑成本較高、污染較大、工藝較復雜，另外剝離效果不明顯。所以發明出一種成本低廉，綠色環保，工藝簡單，完全剝離的蒙脫土改性工藝是當前亟待解決的問題。

微生物具有在附著基上分泌致密生物膜的特性，即當一個物體浸入微生物培養液中，微生物會附著到物體表面上生長、繁殖，并形成一層微生物粘膜。利用微生物在填料表面形成的微生物膜，改善無機填料的表面性質，進而利于在高分子材料中分散、相容。其中硫酸鹽還原菌(Sulfate-Reducing Bacteria，簡稱SRB)是微生物腐蝕中最重要的菌，在自然界分布很廣，屬于典型的專性厭氧菌，在無氧狀態下，SRB在還原條件下可利用SO₄^2-為電子供體，有機碳源作為電子受體，將SO₄^2-還原為H₂S，產生的H₂S可以與金屬離子結合生成極難溶的金屬離子硫化物沉淀，可以有效的去除金屬離子。在最新的研究中發現硫酸鹽還原菌會分泌一種胞外聚合物，其將金屬離子絡合沉淀。此外，還可以在硫酸鹽還原的過程中產生堿度以利于金屬離子氫氧化物沉淀，細胞吸附等作用對金屬離子進行去除。

現有技術中，對于蒙脫土的改性處理，尚沒有采用生物方法進行的先例。

發明內容