[发明专利]一种改性蒙脱土、制备方法及复合材料

说明书

本发明公开了一种改性蒙脱土的制备方法及由此制得的改性蒙脱土，以及改性蒙脱土复合材料，改性蒙脱土将蒙脱土和微生物在微生物培养基中培养后，进行固液分离，最后烘干得到改性蒙脱土。本发明使蒙脱土在微生物的培养液中膨胀，微生物和微生物的代谢产物(胞外聚合物等)和蒙脱土层间金属离子发生反应，将蒙脱土层间距离增大，甚至剥离，微生物及代谢产物在纳米层表面形成致密的有机膜，提高表面亲油性；另外微生物在蒙脱土表面固定化后，和某些阳离子反应，使其表面和内部产生密集的孔洞，提高表面粗糙程度、孔隙率和比表面积，进而提高蒙脱土活性。

技术领域

本发明涉及无机填料技术领域，特别是涉及一种改性蒙脱土，改性蒙脱土的制备方法，以及采用该改性蒙脱土制备的改性蒙脱土复合材料。

背景技术

在高分子化工中，填料是用量最大的添加剂，几乎所有的塑料、橡胶和涂料都使用大量填料。其中聚合物/粘土纳米复合材料具有优异的机械性能、热稳定性、气体阻隔性、阻燃性和导电性等等，具有较传统聚合物/无机填料复合材料无可比拟的优点。其中蒙脱土是一种天然矿物，具有特殊的化学组成和晶体结构，因此它具有膨胀性、分散性、悬浮性、粘结性和阳离子交换性等许多独特性能，利用这些性能，蒙脱土已在航空航天、石油、食品、日用化工以及环保等领域得到广泛应用。

蒙脱土的主要成分为二氧化硅三氧化铝，并含有少量的镁、钙、钾、钠、铁、铜等离子，它的结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构，在四面体和八面体中，高价的硅离子和铝离子可被其它低价阳离子置换，通过这种置换使蒙脱土晶胞带负电荷，成为一个大的负离子，从而使它具有吸附某些阳离子的能力，但这些阳离子与晶体的结合不牢固，易被其它低价离子所置换，这些离子的交换作用主要是在晶层间进行的，因此并不影响蒙脱土的结构。但不同的层间阳离子，对蒙脱土的物化性能有较大影响，这些层间阳离子同时具有较强的水合作用，能够在层间吸附相当于自身体积8-20倍的水而膨胀至30倍，在水介质中能分散呈胶体悬浮液，因此在水中具有较大的膨胀性，又由于蒙脱土矿物晶粒细小，具有较大的比表面积，且层间作用力较弱，在溶剂作用下易发生剥离、膨胀、分离而形成更薄的单晶片，使蒙脱土具有较大的内表面积，因此蒙脱土具有较高的吸附能力。

未改性蒙脱土为粘性且质地紧实的黏土块状，直接填充到高分子材料，效果不佳。要得到性能更优异的高分子/蒙脱土纳米复合材料，必须对蒙脱土进行改性，使其层间距增大，亲水性变为亲油性，现有的技术主要分为有机改性、无机改性，还有将两者结合的有机/无机复合改性。目前所采用的蒙脱土的有机改性剂主要有氨基酸、有机季铵盐、聚合物单体、偶联剂、茂金属、有机季鏻盐等几种。无机改性剂主要有无机盐和酸两类。但是无论有机改性、无机改性，所使用的某些化学试剂成本较高、污染较大、工艺较复杂，另外剥离效果不明显。所以发明出一种成本低廉，绿色环保，工艺简单，完全剥离的蒙脱土改性工艺是当前亟待解决的问题。

微生物具有在附着基上分泌致密生物膜的特性，即当一个物体浸入微生物培养液中，微生物会附着到物体表面上生长、繁殖，并形成一层微生物粘膜。利用微生物在填料表面形成的微生物膜，改善无机填料的表面性质，进而利于在高分子材料中分散、相容。其中硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria，简称SRB)是微生物腐蚀中最重要的菌，在自然界分布很广，属于典型的专性厌氧菌，在无氧状态下，SRB在还原条件下可利用SO₄^2-为电子供体，有机碳源作为电子受体，将SO₄^2-还原为H₂S，产生的H₂S可以与金属离子结合生成极难溶的金属离子硫化物沉淀，可以有效的去除金属离子。在最新的研究中发现硫酸盐还原菌会分泌一种胞外聚合物，其将金属离子络合沉淀。此外，还可以在硫酸盐还原的过程中产生碱度以利于金属离子氢氧化物沉淀，细胞吸附等作用对金属离子进行去除。

现有技术中，对于蒙脱土的改性处理，尚没有采用生物方法进行的先例。

发明内容