[发明专利]一种粘土复合改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将硅烷偶联剂的固相改性与长链烷基铵盐液相改性相结合的粘土复合改性方法，在粘土矿物深加工、聚合物基粘土纳米复合材料等领域具有广阔应用前景。

背景技术

随着社会的发展，人们对材料的需求日益增加，对材料的性能也提出了更高的要求。聚合物基复合材料由于综合了有机、无机材料的特性，在基础研究与工程应用领域备受关注。无机填料是复合材料重要组分之一，它可赋予材料一系列新的性能，并且还能降低树脂用量，有效降低复合材料的生产成本。聚合物基纳米复合材料是以聚合物为基体，填充粒子以纳米尺度(小于100nm)分散于基体中的新型复合材料。与传统的微米复合材料相比，由于纳米粒子带来的量子效应、大的比表面积及纳米粒子与聚合物基体之间强的界面相互作用，使得聚合物基纳米复合材料具有优于相同组分按常规聚合制得材料的力学、热学性能，同时还可能赋予原组分不具备的电、磁、光学等特殊性能或功能，为制备高性能、多功能的新一代复合材料提供了可能。粘土矿物具有天然的纳米结构，而且资源丰富、便宜易得，被认为是聚合物最理想的纳米级填料。

粘土是粘土矿物的集合体，有独特的晶层重叠结构，被认为是聚合物最理想的填料，可用于制备具有柔韧、隔热、阻燃等功能的复合材料。但是，天然粘土大多具有层状硅酸盐矿物结构特征，层间存在大量水合阳离子，不利于聚合物单体进入，因而直接在聚合物基粘土复合材料中应用很难获得最佳性能。用改性剂可以改变粘土片层极性，降低表面能，增加对有机单体和聚合物的亲和性，提高复合材料的性能；并且，改性剂还能增大粘土层间距，使更多单体和聚合物插入层间。常用的改性剂主要有硅烷偶联剂、烷基铵盐、氨基酸等。

目前，粘土改性的研究主要集中于改性剂选择和改性工艺优化。在改性剂的选择方面主要以单一改性剂为主，由于缺乏对组成的复合设计，改性效果有限。比如：单独使用烷基铵盐对粘土进行改性，可以增加粘土层状结构层与层之间的距离，但其所含的有机基团过于单一，只能与某些聚合物产生作用或发生反应，其应用受限；单独使用硅烷偶联剂可以使粘土表面的亲水基团转变成亲油基团，但是由于其烷基尺寸较小，难以达到较好的插层效果。如果能将以上改性剂复合使用，既可以增大粘土层状结构的层间距，提高改性效果；又可以搭配不同的硅烷偶联剂使用，满足不同聚合物的需要，扩大产品应用领域。迄今为止，将硅烷偶联剂的固相改性与长链烷基铵盐液相改性相结合的粘土复合改性方法未见报道。

发明内容

本发明提供了一种粘土复合改性的方法，尤其是将硅烷偶联剂的固相改性与长链烷基铵盐液相改性相结合的粘土复合改性方法，目的是增大粘土层状结构的层间距，增强聚合物在粘土中的插层效果，提高聚合物-粘土复合材料的性能，拓宽粘土产品的应用领域。

鉴于上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种粘土复合改性的方法，包括以下步骤：

（1）将硅烷偶联剂（如0.5-2g）溶解在一定量的醇水混合物，在磁力搅拌机上搅拌一段时间；

（2）在搅拌炉中加入一定量的粘土，在一定温度下高速搅拌，同时，在一定时间内将步骤（1）中的醇水混合物加入粘土中，待醇水混合物加入完毕，继续搅拌半小时，倒出，在80-200℃下热处理1-3小时。

（3）将步骤（2）中的产物与一定量的长链烷基铵盐水溶液混合，加少许醋酸调节pH至2-5，在一定温度下搅拌一段时间，反复抽滤2-5次，在80-200℃下热处理2-5小时。

上述方法中，

步骤（1）所述的硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷的一种或几种。

步骤（1）所述的醇为甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇中的一种或几种，醇与水的质量混合比为1:5-1:50，醇水混合物的量为10-50mL，醇水混合物的搅拌时间为5-50分钟，醇水混合物的加入方式为雾化喷洒，喷洒时间为2-10分钟。

步骤（2）所述的粘土包含凹凸棒土、高岭土、蒙脱石土、伊利石土、膨润土中的一种或几种，使用前需要预先在水中清洗并撇去上层杂质，在120℃下烘干，研磨，过100-500目筛；硅烷偶联剂：醇水混合物：粘土加入的质量比为0.5-2g：10-50ml：10-100g；

醇水混合物的加入方式为雾化喷洒，喷洒时间为2-100分钟；搅拌炉的搅拌速率为300-3000转/分钟，搅拌温度为10-85℃。