专利名称：一种双官能团有机改性蒙脱土的制备方法
技术领域：
本发明涉及材料科学领域，尤其是一种双官能团有机改性蒙脱土的制备方法。
背景技术：
蒙脱土属2 I型层状硅酸盐，其结构单元主要是由一片铝氧八面体夹在两片硅氧四面体之间靠共用氧原子而形成的层状结构，两四面体与嵌于其间的八面体通过共用氧原子形成，形成厚O. 96 nm，宽厚比约100-1000高度有序的准二维晶片。蒙脱土 /聚合物纳米复合材料兼具有机高分子材料和无机材料的特点，比常规聚合物基材表现出更优异的 力学性能、热性能等。但是这些优异的性能往往来自于蒙脱土在聚合物中纳米尺寸的分散和两者之间强的界面相容性。因此，在与聚合物进行共混前通常需要对蒙脱土进行有机化改性。目前大部分的研究通过采用阳离子的季铵盐对蒙脱土进行有机化插层改性来提高其与聚合物基体之间的相容性。也有报道通过在聚合物基体中引入极性功能基团如马来酸酐来增加相容性。但是，所用改性剂的单一性限制了它们的应用。近年来，有研究者YoonJS 等(参见 Macromolecular Rapid Communications, 2005, 26, 183)报道将娃烧偶联剂引入有机蒙脱土进行有机化改性，硅烷偶联剂末端官能团能与聚合物基体之间产生特异性相互作用，增加蒙脱土与聚合物之间的界面相容性，扩大有机蒙脱土的应用范围。与未用偶联剂改性的蒙脱土相比，偶联剂改性蒙脱土 /聚合物纳米复合材料的性能显著增强，研究结果证实主要是由于改性蒙脱土与聚合物之间相容性增强的结果。但是该方法是直接选用商业化的有机蒙脱土进行硅烷偶联剂改性，选用的原料价格昂贵，对实际生产应用指导意义不大。此外，有机季铵盐插层一般采用溶液或熔融聚合的方法，但均有一定的局限性。溶液插层中大量有机溶剂的引入不易回收，带来环境污染问题，且一般反应时间较长。而熔融插层中高温可能引起季铵盐的降解，造成有机化改性达不到预期效果。通过超临界CO2反应法制备有机蒙脱土能直接得到超细粉末，且CO2具有来源广泛、廉价易得，无毒阻燃，反应条件适中，反应时间短等优点，因而近年来得到越来越广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种双官能团有机改性蒙脱土的制备方法，它能增加蒙脱土与聚合物之间的相容性，扩大有机蒙脱土的使用范围，同时实现插层过程的绿色环保，以克服现有技术的不足。本发明是这样实现的双官能团有机改性蒙脱土的制备方法，包括以下步骤(1)按重量份数计算，取35 90份硅烷偶联剂分散于乙醇和水的混合溶液中水解4小时，乙醇和水的质量比为9:1，然后加入100份蒙脱土，在70 90°C的温度下加热回流24小时，获得偶联剂接枝改性蒙脱土 ；(2)取100份偶联剂接枝改性蒙脱土，向偶联剂接枝改性蒙脱土中加入30 90份长链烷基季铵盐或季磷盐，将它们加入到超临界CO2反应釜中，在温度为40 80°C、压力为20MPa的条件下反应2小时后，取出反应物；将反应物洗涤至加入硝酸银溶液无沉淀产生，即得到双官能团有机改性蒙脱土。所述的硅烷偶联剂的结构式为
权利要求
1.一种双官能团有机改性蒙脱土的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)按重量份数计算，取35 90份硅烷偶联剂分散于乙醇和水的混合溶液中水解4小时，乙醇和水的质量比为9:1，混合溶液为2000份，然后加入100份蒙脱土，在70 90°C的温度下加热回流24小时，在室温下过滤，并用乙醇洗涤四次，再将固体产物在90°C下真空干燥24h，获得偶联剂接枝改性蒙脱土 ；(2)取100份偶联剂接枝改性蒙脱土，向偶联剂接枝改性蒙脱土中加入30 90份长链烷基季铵盐或季磷盐，将它们加入到超临界CO2反应釜中，在温度为40 80°C、压力为20MPa的条件下反应2小时后，取出反应物；先用去离子水洗涤反应物至加入硝酸银溶液无沉淀产生，然后用无水乙醇洗涤，90° C干燥24小时，即得到双官能团有机改性蒙脱土。
2.根据权利要求I所述的双官能团有机改性蒙脱土的制备方法，其特征在于所述的硅烷偶联剂的结构式为
3.根据权利要求I所述的双官能团有机改性蒙脱土的制备方法，其特征在于所述的长链烷基季铵盐或季磷盐的结构式为
4.根据权利要求I所述的双官能团有机改性蒙脱土的制备方法，其特征在于在乙醇和水的混合溶液中还加入醋酸，使该混合溶液的pH为3. 5 4. 5。
全文摘要
本发明公开了一种双官能团有机改性蒙脱土的制备方法，包括以下步骤(1)按重量份数计算，取硅烷偶联剂分散于乙醇和水的混合溶液中水解4小时，然后加入100份蒙脱土，并用乙醇洗涤，再将固体产物在真空干燥，获得偶联剂接枝改性蒙脱土；(2)取偶联剂接枝改性蒙脱土，向偶联剂接枝改性蒙脱土中加入长链烷基季铵盐或季磷盐，将它们加入到超临界CO2反应釜中，反应后取出反应物；先用去离子水洗涤反应物至加入硝酸银溶液无沉淀产生，然后用无水乙醇洗涤，干燥后即得到双官能团有机改性蒙脱土。本发明不仅进一步扩大了蒙脱土的层间距，而且引入的硅烷偶联剂末端功能基团与聚合物之间特异性反应能增加蒙脱土与聚合物之间的相容性。
文档编号C01B33/44GK102963898SQ201210518920
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者何文涛, 于杰, 秦舒浩, 姚勇, 何敏, 张凯, 龙丽娟, 徐国敏 申请人:贵州省复合改性聚合物材料工程技术研究中心