[发明专利]阳离子-阴离子复合插层型有机蒙脱石材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及蒙脱石有机改性的新工艺，更具体涉及阳离子-阴离子复合插层型有机蒙脱石及其制备方法。通过本发明提供的方法，采用阳离子和阴离子型表面活性剂来复合插层改性蒙脱石，能制得高层间距、高性能的有机蒙脱石。

背景技术

蒙脱石是一种含含水的层状铝硅酸盐矿物，由两个硅氧四面体中间夹一个氯铝(镁)氧(氢氧)八面体组成，晶层间距为约0.96nm，层间有可交换的Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子，可以与其他阳离子进行交换。

有机蒙脱石具有广泛用途，已被应用于润滑脂、油漆、油墨、化妆品、医药卫生、环境治理、食品和国防工业等部门。目前市场上出售的有机蒙脱石层间距d₀₀₁值多在2.0nm左右，因有机化程度较低，导致产品在有机相中的分散效果和剥离程度不佳。

目前国内外生产有机蒙脱石多采用阳离子型表面活性剂，通过阳离子与蒙脱石层间的阳离子进行交换在蒙脱石层间引入有机基团，产品单一，性能尚不能满足各相关应用领域的要求，尤其是其热稳定性较差、产品颜色较深限制了其在高分子纳米复合材料领域的应用。

例如，CN101774598A的中国专利申请公开了烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土的制备方法，其通过黏土在水中的悬浮液与含有烷基铵盐表面活性剂的溶剂混合反应、或者通过将黏土粉末与烷基铵盐表面活性剂溶解反应，得到烷基铵盐表面活性剂插层的改性黏土。不过，所得改性黏土的层间距有待进一步增加。

目前国内外许多科技工作者志力于研究制备新型有机蒙脱石。如何改善蒙脱石层间环境，改变蒙脱石层间距离是研究热点。

一种研究方向是将阳离子表面活性剂与表面修饰剂组合用于改性蒙脱石。

CN1796465A公开了蒙脱石的插层和表面修饰，通过季铵盐与蒙脱石进行阳离子交换反应，再利用偶联剂对蒙脱石进行表面修饰，大大提高有机化改性蒙脱石的疏水性，使其在非极性溶剂中可以性形成非常稳定的分散体系。

CN1160424C中国专利公开了一种有机膨润土的制备方法，采用季铵盐作为改性剂，通过将膨润土的水相悬浮液与季铵盐化合物反应，并用不饱和羧酸化合物进行表面改性处理，制成有机膨润土。聚不饱和羧酸衍生物的羧基或铵基对膨润土表面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够避免膨润土薄皮的紧密堆积，提高溶剂中的溶剂化合分散能力。不过，在该专利中，聚不饱和羧酸衍生物只是起到表面吸附的作用，并未对膨润土层间改性做出贡献。

CN1554474A的中国专利申请公开一种阳-非离子有机膨润土废水处理材料及其制备方法，将膨润土导入阳离子和非离子的混合表面活性剂溶液中反应，处理后得到阳-非离子有机膨润土。其利用的是非离子表面活性剂聚乙烯醇(PVA)对膨润土表面的吸附性，阳离子表面活性剂提高了非离子表面活性剂PVA在膨润土表面的吸附，使得阳-非离子有机膨润土的有机碳含量高于相应的阳离子有机膨润土和非离子有机膨润土有机碳含量的总和。膨润土对水中有机污染物的吸附作用包括分配作用，而分配作用的大小和有机碳含量正相关，由于有机碳含量提高，从而分配作用显著增强，有效去除水中的有机污染物。

在上述类型的研究中，偶联剂、聚不饱和羧酸衍生物和非离子表面活性剂都是作为表面修饰剂对蒙脱石表面进行改性，对于蒙脱石的层间改性并没有发挥作用。

此外，中国发明专利申请200710158857.6公开了一种有机蒙脱石的制备方法，其步骤是采用天然钠基膨润土或人工钠化膨润土，提纯，制浆后加入浓度为1～4wt％的阴离子表面活化剂，并加入等量沉淀剂使阴离子表面活化剂在膨润土片层上形成化学吸附和物理吸附，成为有机膨润土。而实验证实常规水化状态下蒙脱石难以剥离成纳米级片层，而阴离子型表面活性剂难以直接进入到蒙脱石层间，基本不可能实现柱撑蒙脱石或实现蒙脱石剥离成单纳米片层的设想。

中国发明专利申请201010224853.5公开了一种有机膨润土的制备方法。其步骤为先制得环氧氯丙烷与二乙烯三胺的聚合物，然后聚合物与十六烷基三甲基溴化铵共同改性钠基蒙脱石浆体，制得的有机蒙脱石对印染废水中难处理的活性染料、酸性染料去除效果好。但该制备工艺相对复杂，因有聚合反应发生，条件难以控制，产品用途单一。

上述工艺中或由于有机改性剂的选择不当，或由于工艺路线繁琐，或由于产品稳定性差、性能不佳都难以实现工业化生产。