[发明专利]一种改性凹凸棒土的方法及凹凸棒土复合材料

说明书

本案涉及一种改性凹凸棒土的方法及凹凸棒土复合材料；将经酸化后的凹凸棒土用KH‑570改性处理后与不饱和烯基磺酸化合物聚合制得阴离子改性凹凸棒土；基于二氯磷酸苯酯，接枝凹凸棒土和甲基丙烯酸羟乙酯，在凹凸棒土表面接枝含双键和含磷阻燃基团，之后再与不饱和烯基氯化铵化合物获得阳离子改性凹凸棒土；最后与纳米蒙脱土粉、甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱共混，继续超声处理过滤、水洗、烘干，即完成对凹凸棒土的改性。本发明对凹凸棒土的改性步骤简单，制得的凹凸棒土复合材料性能卓越。可以作为阻燃剂用于制备不同类型的涂料，同时自身也易分散，可直接添加到成品涂料中使用，进一步提高涂料的阻燃性和抗菌性。

技术领域

本发明涉及材料改性技术领域，具体为一种改性凹凸棒土的方法及凹凸棒土复合材料。

背景技术

凹凸棒土(ATP)是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐的无机非金属黏土矿物，应用极为广泛。凹凸棒土具有较大的比表面积和较多的纳米级孔道，表面含有丰富的羟基官能团，因而具有优异的吸附性能，常作为水处理吸附剂或催化剂载体使用。凹凸棒土也是一种天然的胶体矿物，在涂料中可作为常用添加剂——填料使用，是非常有效的触变性增稠剂。

凹凸棒土之间存在着氢键作用力和范德华力的相互作用，若直接分散于涂料体系中，易于团聚，不能很好的发挥其自身的优势。传统的解决方案大多采用分散剂来避免凹凸棒土易团聚的问题。然而涂料体系不同，分散剂的种类及用量也都有所区别，并且外加的分散剂对凹凸棒土的分散效果不能达到令人满意的程度，添加剂用量过多也会给材料带来一些负面影响。因此通过物理或化学手段对凹凸棒土本身改性成为研究重点，化学改性一般是通过偶联剂与凹凸棒土之间形成化学键合，或者通过正负电相吸来疏松孔道，提高凹凸棒土的吸附容量，可以作为吸附剂，具有优异的吸附效果。随着工业的发展，还需要提高凹凸棒土的其它性能，如抗菌性、悬浮性、阻燃性等。

因此，本案着重关注于如何赋予凹凸棒土更高的阻燃性，同时提高其在涂料体系中的分散性。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提出了一种改性凹凸棒土的方法及通过该方法制得的具有优异的阻燃性和自身易分散的凹凸棒土复合材料。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种改性凹凸棒土的方法，包括如下步骤：

S1：将经酸化后的凹凸棒土加入到乙醇中超声处理，然后再加入等质量的KH-570，搅拌分散均匀，随后升温至60-70℃，搅拌反应4-5h；离心，乙醇洗涤后收集固体并进行干燥得固体A；

S2：在反应瓶中加入二氯磷酸苯酯和丙酮，反应瓶置于冰水浴中，并通入氮气鼓吹30min，加入三乙胺，逐滴滴加甲基丙烯酸羟乙酯，搅拌反应4h；将反应瓶移至室温下继续搅拌30min；然后加入一定量的酸化后的凹凸棒土，搅拌24h，水洗过滤，干燥得固体B；

S3：将收集到的固体A或固体B加入到反应瓶中，按序加入过硫酸铵、亚硫酸氢钠和水，搅拌均匀后升温至60-70℃，在搅拌下缓慢滴加不饱和烯基磺酸化合物或不饱和烯基氯化铵化合物，滴加完成继续搅拌反应4-5h；透析、冷冻干燥得到对应的阴离子改性凹凸棒土和阳离子改性凹凸棒土；

S4：取纳米蒙脱土粉分散于水中，加入甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱，超声使其分散均匀，加入阴离子改性凹凸棒土及阳离子改性凹凸棒土，继续超声处理1h，之后在室温下搅拌3h；搅拌完成静置12h，过滤、水洗、烘干，即完成对凹凸棒土的改性。

进一步优选地，所述S2中二氯磷酸苯酯和甲基丙烯酸羟乙酯的投料摩尔比为1:1；酸化后的凹凸棒土的质量为二氯磷酸苯酯和甲基丙烯酸羟乙酯总质量的2.5～5％；三乙胺的摩尔量是二氯磷酸苯酯的2.5倍。

进一步优选地，所述S3中固体A或固体B的质量、过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量分别为不饱和烯基磺酸化合物或不饱和烯基氯化铵化合物的2.5～5％、1％、0.5％。