[发明专利]烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及黏土的有机改性，特别涉及烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土的制备方法。

背景技术

黏土是一类层状硅酸盐物质，其结构单元片层的厚度为1纳米，长宽在数十至数百纳米之间，在自然界中有丰富的蕴藏，成本低廉。黏土片层表面带有负电荷，层间具有可交换的阳离子如K⁺、Na⁺、Li⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等。由于其具有层间离子可交换容量大、层间电荷很高、片层的径厚比和比表面积大等许多优点，被广泛应用于钻井、铸造、催化、化妆品、制药、涂料等生产中。黏土的层间阳离子可使用有机阳离子交换进行插层(intercalation)处理，并进一步实现在聚合物基体中的纳米分散，得到聚合物/黏土纳米复合材料。自从日本丰田汽车研究院的科学家制备出了具有纳米结构的聚酰胺6/黏土杂化材料(Polym.Prepr.1987，28(2)：447～448)，并揭示其具有轻质、高强、耐热、优异的阻隔性能等特点以来，聚合物/黏土纳米复合领域引起了研究者的极大兴趣。黏土纳米片层具有很高的比表面积和很大的径厚比，因而在纳米复合材料中能够最大限度地发挥分散相与基体间的复合作用，在很低填充比例的条件下，大幅度提高材料的综合性能。

黏土的优异性能及其应用取决于其表面性质，因此黏土的表面改性一直是该领域研究与发展的一个热点。由于黏土表面的亲水性特征，实际应用中往往需要进行表面改性。例如聚合物/黏土纳米复合材料的研究表明，亲水的黏土表面不利于聚合物的插层，因此需要对黏土进行有机化处理，提高其与聚合物的相容性，才能更好地在聚合物基体中分散，制备插层型乃至剥离型纳米复合材料。其它领域的应用，如催化剂负载，重金属和有机污染物吸附等，都依赖于黏土表面性质的可调控性及表面改性。

目前广泛应用的改性方法是利用黏土层间有可交换阳离子这一特性，利用离子交换的原理，将有机改性剂(阳离子表面活性剂，通常为烷基铵盐)插入黏土片层之间，扩张其片层间距，改善层间的微环境，使黏土的内外表面由亲水性转化为疏水性。这种方法的优势在于易操作，适用范围广。但是通用的操作方法上存在缺陷，由于制备有机黏土的过程往往会加入过量烷基铵盐表面活性剂以保证充分离子交换，因此有机黏土层间有物理作用吸附的烷基铵盐表面活性剂存在，片层结构不稳定，且热稳定性较差，其热分解温度T_5％(热失重量为5％时的温度，可用来表示热稳定性)一般在200～250℃左右，熔融共混制备聚合物/黏土纳米复合材料的时候，在高温高剪切的作用下，黏土层间物理作用吸附的烷基铵盐表面活性剂分解会导致黏土片层坍塌、聚合物分子降解和纳米复合材料结构的不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土的制备方法。

本发明的烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土的制备方法，是利用黏土片层上的可交换阳离子与烷基铵盐表面活性剂的离子交换反应，在烷基铵盐表面活性剂过量加入的改性体系中，通过调节反应介质成份组成的变化来改变烷基铵盐表面活性剂的状态，在尽量减少烷基铵盐表面活性剂物理作用吸附的同时，实现黏土层间阳离子的充分交换，在黏土的层间通过离子键接枝烷基铵盐表面活性剂的疏水长链，实现烷基铵盐表面活性剂的插层改性。烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土中的烷基铵盐表面活性剂插层量等于黏土的离子交换容量(Cation Exchange Capacity，CEC)。

本发明所使用的黏土是蒙脱石型黏土，所述的蒙脱石型黏土选自未经处理的无机黏土，钠离子交换纯化的黏土或经酸化处理的质子化黏土中的一种。