专利名称：一种有机膨润土制备方法
技术领域：
本发明涉及一种有机膨润土制备方法。
膨润土是粘土的一种，它的主要成份为蒙脱石，属于层状结构的含水硅铝酸盐矿物。由于它本身具有阳离子可交换特征，经有机阳离子与季胺盐交换反应后，在有机溶剂中具有惊人的膨胀能力和触变效应，因此，可广泛应用于油漆、润滑脂、钻井泥浆、化妆品等作为增稠悬浮、流变、防流挂剂。
通常制备有机膨润土的方法，是通过将膨润土改型为钠型膨润土，并加入季胺盐，在40°-80℃搅拌足够的时间，使季胺盐与膨润土充分反应，然后，经过滤、洗涤、干燥、粉碎(或喷雾干燥)等工艺，以获得所需的产品。为改进传统的有机膨润土的方法，美国专利USP4450095公开了一种采用碳链14-20的三烷基季胺盐作改性的机膨润土制备的方法，该方法通过提高有机基的溶剂化的能力，改进有机膨润土在有机溶剂中的分散性，从而在无需使用极性活化剂制胶的情况下，可直接添加于制漆过程中。此外，美国专利USP4391637也公开了一种自活化的不需极性活化剂的有机膨润土的制备方法，使用含不饱和烷烃链和含二至六个碳原子的羟烷基季胺盐改性膨润土。上述两种制备方法虽比传统的机膨润土制备的方法前进了一步，但依然存在着以下缺陷一是季胺盐分子量高导致添加量极大地上升，致使改性成本加大；二是季胺盐水溶性较差，在水相中参与反应较困难，使得生产周期较长、反应难以完成；三是采用该方法制备的有机膨润土适用范围较小，仅适用于中低极性体系的一些溶剂介质；四是由于不饱和键的电子离域作用，季胺盐阳离子与膨润土的离子交换不太稳定，影响工艺水平的稳定性。
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种改性成本低、反应周期较短、工艺水平较为稳定且所制备的有机膨润土适用范围较广的有机膨润土制备方法。
为实现上述目的，本发明使用了一种新型的经济的季胺盐作为改性剂，通过将膨润土的水相悬浮液与一季胺盐化合物反应，并用不饱和羧酸化合物进行表面改性处理，使有机膨润土有更好的润湿、分散和自活化能力。在有机溶剂体系中使用无需研磨，无需单独制胶和添加极度性活化剂，可直接将干粉投入和后调整，使体系具有良好的流变性能。
本发明使用的季胺盐的分子式为
其中R1为碳原子数12至60的长链烷基，R2为碳原子数1至22的芳基或烷基，R3为碳原子数2至8的带羟基烷基或芳基。R4为R2或R3的相同基团。X-为CI-、Br-、I-、NO-2、OH-、CH3SO4-或C2H3O2-。
结构中长链烷基提供在溶剂体系中的烷基化能力，带羟基基团提供相互间形成氢键的能力。
本发明所使用的膨润土应具有大于75毫克当量/100克的阳离子交换容量的膨润土，该膨润土可以是氢基、锂基、钠基和钾基膨润土。
本发明使用的不饱和羧酸衍生物的分子式为
其中，R1为H或CH3；R2为H；R3为碳原子数为6-10的芳基或碳原子数为2-6的烷基；R1′、R2′、R3′为氢或碳原子数为1-4的烃基；m的数值为0-5；n为0-3；o为0-8；p为1-50。
该衍生物可以是以醇或水为溶剂的溶液以及纯的衍生物，但必须的水溶的。
季胺盐与膨润土片状结构中可交换阳离子发生离子交换反应，生成的有机膨润土由于转成亲油性而在水相中絮凝析出，通过脱水、干燥、粉碎而成产品。但膨润土的片状结构中边缘和表面存在着大量的断裂SI-O链和SI-OH等极性基团，这些基团的存在将增强薄片间引力形成紧密堆积从而在脱水干燥过程中削弱其在溶剂中的溶剂化和分散能力。
聚不饱和羧酸衍生物的-COOH或-NR对膨润土表面尤其是表面的SI-OH等极度性基团有很强的化学吸附能力。附着在表面上的聚不饱和羧酸衍生物能避免膨润土薄片的紧密堆积，提高在溶剂中的溶剂化和分散能力。
本发明所采用的季胺盐可以是含量50％-85％的液体或膏体。该季胺盐是水溶性的，增溶溶剂可以是乙醇或异丙醇以及两者的混合物。季胺盐的分子量可在300-450之间。
在制备过程中，季胺盐的加入当量是膨润土阳离子交换当量的0.9-1.2倍，反应温度为55-85℃，反应一般在20分钟至2小时；最佳温度为65-75℃，反应介质的PH值可以在一个较广泛的范围，如6-10。反应时应充分搅拌。
聚不饱和羧酸衍生物的需要量为膨润土重量的1-30％，在季胺盐与膨润土反应完成后加入，反应温度控制在55-85℃；反应时间10至30分钟。改性完成后，膨润土呈亲油性，在水相中絮出，通过脱水，在145℃以下干燥，最好在85℃以下干燥，然后粉碎，粒度为200目，水份含量为1-3.5％。
本发明所取得的有机膨润土具有良好的增稠流变性能。普通的有机膨润土在加入溶剂体系时，团粒周围先行形成刚性凝胶，阻止溶剂向内渗透，同时团粒内引力较强，堆积紧密，因而团粒难以分开，形成包囊体。本发明所取得的有机膨润土由于有聚不饱和羧酸衍生物存在，当溶剂在团粒周围形成凝胶时，其表面是非刚性的，且团粒内部较为疏松，在剪切下很容易分散开。
本发明的季胺盐分子中羟烷基基团可以在无极性活化剂的情况下相互间通过氢键作用，有机膨润土薄片间相互缔合形成三维网络结构，将溶剂固结在网络空间中，从而使体系增稠。该氢键在剪切作用下，结构散离、粘度下降，而在剪切作用减弱时，氢键又逐渐形成，结构恢复，粘度上升，使体系具有理想的流变性能。
本发明的优点是采用本发明所取得的有机膨润土产品成本较低，并可应用于传统有机膨润土应用的所有领域。此外，还可减少使用工序，免制预凝胶而直接使用干粉，减少研磨设备的添置和使用，节约高速研磨所需的能源、降低生产成本。
本发明的工艺过程1.将膨润土经机械分散、化学改性、离心分离提纯等预处理而制成膨润土悬浮体；2.将膨润土悬浮体与季胺盐反应，并用聚不饱和羧酸盐衍生物进行改性；3.反应产物通过压滤机、离心机等方法脱水，脱水产物的水份约为30-70％；4.将脱水产物加热至145℃以下常压或真空干燥，干燥产物水份控制在4％以下；5.将干燥产物进行机械粉碎并用旋风分级等方法控制最终产品粒度为通过200目大于95％，水份控制在3.5％以下；6.将经过干燥粉碎后的最终产品进行拼混和包装。
实施例1将2％的钠基膨润土悬浮体100份加热至70℃，加入70％的十八烷基甲基苄基羟乙基氯化铵1.3份，搅拌反应60分钟，然后加入0.1份EFKA-5244反应半小时、脱水，并在70℃条件下干燥至含水量3.5％以下，粉碎至200目细度，即得到有机膨润土A。
实施例2将2.5％的钠基膨润土悬浮体100份加热至67℃，加入70％的十二烷基异丁基苄基羟丙基氯化铵1.2份，搅拌反应60分钟，然后加入0.3份BYK-154反应半小时、脱水，并在70℃条件下干燥至含水量3.5％以下，粉碎至200目细度，即得到有机膨润土B。
实施例3将2.5％的钠基膨润土悬浮体100份加热至70℃，加入70％的十八烷基甲基苄基羟乙基氯化铵1.3份，搅拌反应60分钟，然后加入0.3份BYK-154反应半小时、脱水，并在70℃条件下干燥至含水量3.5％以下，粉碎至200目细度，即得到有机膨润土C。
权利要求
1.一种有机膨润土制备方法，其特征是该有机膨润土制备方法采用季胺盐作为改性剂，通过将膨润土的水相悬浮液与一季胺盐化合物和聚不饱和羧酸衍生物反应制作而成。
2.根据权利要求1所述的一种有机膨润土制备方法，其特征是所述的季胺盐的分子式为
其中R1为碳原子数12至60的长链烷基，R2为碳原子数1至22的芳基或烷基，R3为碳原子数2至8的带基烷基或芳基，R4为R2或R3的相同基团，X-为CI-或Br-或I-或NO-2或OH-或CH3SO4-或C2H3O2-。
3.根据权利要求1所述的一种有机膨润土制备方法，其特征是所述的膨润土应具有大于75毫克当量/100克的阳离子交换容量的膨润土，该膨润土可以是氢基膨润土或锂基膨润土或钠基膨润土或钾基膨润土。
4.根据权利要求1所述的一种有机膨润土制备方法，其特征是所述的不饱和羧酸衍生物的分子式为
其中，R1为H或CH3；R2为H；R3为碳原子数为6-10的芳基或碳原子数为2-6的烷基；R1′、R2′、R3′为氢或碳原子数为1-4的烃基；m的数值为0-5；n为0-3；o为0-8；p为1-50。
5.根据权利要求1所述的一种有机膨润土制备方法，其特征是所述的季胺盐可以是含量50％-85％的液体或膏体。
6.根据权利要求1所述的一种有机膨润土制备方法，其特征是所述的季胺盐的加入当量是膨润土阳离子交换当量的0.9-1.2倍，反应温度为55-85℃，反应一般在20分钟至2小时。
7.根据权利要求1所述的一种有机膨润土制备方法，其特征是所述的聚不饱和羧酸衍生物的需要量为膨润土重量的1-30％，在季胺盐与膨润土反应完成后加入，反应温度控制在55-85℃；反应时间10至30分钟。
8.根据权利要求1所述的一种有机膨润土制备方法，其特征是所述的采用该制备工艺得到的干燥产物，进行机械粉碎并用旋风分级等方法控制最终产品粒度为通过200目大于95％，水份控制在3.5％以下。
全文摘要
本发明公开了一种有机膨润土制备方法。制备方法采用季胺盐作为改性剂,通过将膨润土的水相悬浮液与一季胺盐化合物和聚不饱和羧酸衍生物反应制作而成。采用本发明所取得的有机膨润土可应用于传统有机膨润土应用的所有领域。此外,还可减少使用工序,免制预凝胶而直接使用干粉,从而可减少研磨设备的添置和使用,节约高速研磨所需的能源、降低了生产成本。
文档编号C09C3/10GK1250067SQ9911983
公开日2000年4月12日 申请日期1999年10月26日 优先权日1999年10月26日
发明者王春伟 申请人:杭州华特化工有限公司