一種制備硬脂酸(鈉)/高嶺石插層復(fù)合物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非金屬礦物材料深加工及改性領(lǐng)域。具體涉及一種制備高嶺石有機插層復(fù)合物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高嶺土作為一種以高嶺石為主要礦物成分的硅酸鹽層狀礦物，在我國儲量豐富，應(yīng)用廣泛。高嶺土在應(yīng)用的過程中可以增大材料的體積、提高塑料和橡膠等產(chǎn)品的絕緣強度；除此之外，還可以提高對紅外線阻隔效果等，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、電纜、耐火材料、涂料、造紙、油漆、汽車、化工、陶瓷、搪瓷、紡織、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、生物、制藥等領(lǐng)域。對高嶺土進行插層改性，制備高嶺土有機插層復(fù)合物，可以顯著提高產(chǎn)品的性能，擴展高嶺石的應(yīng)用范圍，增加其價值。
[0003]高嶺石的晶體結(jié)構(gòu)為典型的1:1型二八面體層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)是由一層硅氧四面體和一層鋁氧八面體通過共同的氧互相連接形成的一個晶層單元，在硅氧四面體和鋁氧八面體組成的單元層中，四面體的邊緣是氧原子，而八面體的邊緣是氫氧基團，單元層與單元層之間通過氫鍵相互連接，所以我們稱之為1:1型二八面體層狀硅酸鹽礦物。層間不含可交換性陽離子。由于高嶺石的上述晶體結(jié)構(gòu)特點，陽離子交換容量小，水分子不易進入晶層中間，為非膨脹類型的粘土礦物，不能像蒙脫石那樣通過陽離子交換的方式來制備納米復(fù)合材料。但是部分極性小分子在一定條件下可以進入高嶺石層間，再通過二次取代或者多次的方式，使長鏈大分子嫁接在聞嶺石層間。
[0004]高嶺土有機插層復(fù)合物作為新興的非金屬礦物材料，具有許多獨特的性質(zhì)，既具有粘土礦物特有的吸附性、分散性、流變性、多孔性和表面酸性，又具有有機化合物的多變官能團和反應(yīng)活性。綜合了無機物與高聚物的高強度、高硬度、高阻隔的優(yōu)良性能，及具有了高聚物很難做到的高阻燃、高絕緣性與耐電壓的特點。它的這些優(yōu)異性能使其在催化劑、吸附劑、功能材料、陶瓷材料、納米復(fù)合材料和環(huán)境工程材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種制備硬脂酸(鈉)/高嶺石插層復(fù)合物的方法，擴展了高嶺石長鏈大分子插層劑的范圍，制備得到更大層間距的高嶺石插層復(fù)合物，使剝片分離易于進行。所制得的硬脂酸/高嶺石插層復(fù)合物的層間距在4.2nm，硬脂酸鈉/高嶺石插層復(fù)合物的層間距在5.17nm。先對原礦進行磨碎提純處理，然后對高嶺石直接插層，得到高嶺石直接插層復(fù)合物，復(fù)合物與硬脂酸(鈉)的混合物溶于醇的水溶液中，再在微波的熱作用和非熱作用下反應(yīng)，制備得到硬脂酸(鈉)/高嶺石插層復(fù)合物。該方法工藝簡單，材料易得，有效的增大了高嶺土結(jié)構(gòu)片層的層間距。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]第一步:高嶺土原礦碎磨至200?325目，提純?nèi)コs質(zhì)；
[0007]第二步:配制插層劑溶液，其中高嶺土與插層劑質(zhì)量比為1:0.2到1:2，插層劑與溶劑(一般為水)的比例為1:1到9:1 ;
[0008]第三步:將處理過的高嶺土與配制好的插層劑按照質(zhì)量比1:2混合，常溫條件下攪拌反應(yīng)對高嶺土進行直接插層，插層劑選自二甲基亞砜、尿素、水合肼、N-甲基甲酰胺、乙酰胺、丙烯酰胺、氯化鉀中的一種或幾種；
[0009]第四步:先將高嶺石直接插層復(fù)合物與硬脂酸(鈉)研磨混合均勻，再與液態(tài)醇的水溶液按照質(zhì)量比1:5?1:20混合，液態(tài)醇與去離子水的質(zhì)量比為1:0.01?1:0.1，將混合液置于錐形燒瓶中，在實驗用微波爐中反應(yīng)3?48h，反應(yīng)過程中需設(shè)置冷凝回流裝置；
[0010]第五步:用溫度為60?80°C的醇和水的混合溶液反復(fù)洗滌產(chǎn)物，抽慮的白色沉淀，去除表面粘附的硬脂酸(鈉)分子即得硬脂酸/高嶺石插層復(fù)合物，其中醇和水的質(zhì)量比為1:1為宜。
[0011]本發(fā)明所用高嶺土為白色軟質(zhì)高嶺土或煤系硬質(zhì)高嶺巖，亨克利結(jié)晶度指數(shù)在0.8?1.3之間。所使用的醇為甲醇、乙醇、異丙醇、乙二醇、丙酮醇、丙二醇、甘油、正戊醇，作為高嶺石直接插層復(fù)合物與硬脂酸(鈉)反應(yīng)的中間物時按照其不同性質(zhì)設(shè)置的不同反應(yīng)溫度與微波的功率。且加入的醇溶液量約為高嶺土復(fù)合物質(zhì)量的5?20倍。
[0012]高嶺土和插層劑溶液反應(yīng)時間為3?72小時，反應(yīng)溫度為25°C?95°C。高嶺石直接插層復(fù)合物與硬脂酸(鈉)研磨混合均勻后溶于液態(tài)醇溶液，采用超聲處理或磁力攪拌兩種方式，使固體充分物分散于液體中，其中超聲時間5?10分鐘，；磁力攪拌時間為I?3小時。
[0013]洗滌去除表面硬脂酸(鈉)所用醇的水溶液按照質(zhì)量醇和去離子水的質(zhì)量比1:1配制，加熱到60?80°C，在熱的條件下抽慮洗滌多次去除多于的硬脂酸(鈉)分子。
[0014]反應(yīng)完畢即得硬脂酸(鈉)/高嶺石插層復(fù)合物。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點:利用陰離子型表面活性劑硬脂酸及其鹽對高嶺土進行改性，成功插入到高嶺石層間，是一種全新的有機改性高嶺土的方案。由于高嶺石層間的存在極強的氫鍵作用，使得長鏈大分子進入層間困難，目前大多數(shù)是通過多次取代制備醇/高嶺石插層復(fù)合物，活化高嶺石層間的氫鍵，使氫鍵作用變?nèi)?，而醇取代過程少則5天，多則15天，這樣過程復(fù)雜，耗費時間。本發(fā)明利用醇做溶劑，在微波的熱作用與非熱作用下，醇作為溶劑起到活化高嶺石層間氫鍵的作用，使其變?nèi)?，長鏈大分子硬脂酸及其鹽得以進入到高嶺石層間，簡化了步驟，大大縮短了制備時間。制備得到的硬脂酸(鈉)/高嶺石插層復(fù)合物的層間距明顯增大，并且通過透射電鏡發(fā)現(xiàn)有卷曲的現(xiàn)象，這為制備高嶺石納米管提供了新的方法。高嶺石納米管，作為具有管狀納米結(jié)構(gòu)的納米材料可以用來取代天然納米管狀結(jié)構(gòu)材料的埃洛石，在聚合物納米復(fù)合材料、藥物控制釋放、石油催化裂解、納米反應(yīng)器、污水處理等領(lǐng)域具有多種應(yīng)用價值。另外，隨著改性高嶺石逐漸在橡膠領(lǐng)域的應(yīng)用范圍的擴大，陰離子型插層劑改性高嶺石制備插層復(fù)合物，在橡膠領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛，這是由于目前作為橡膠溶劑大多數(shù)為陰離子型溶劑，所以硬質(zhì)酸(鈉)即使賦存在高嶺石層間對橡膠的性能影響也不大。本發(fā)明所用的硬脂酸(鈉)和高嶺土廉價易得，整個過程工藝簡單，獲得的產(chǎn)物很大程度上提高了高嶺土原有的熱性能和機械性能，同時為制備高嶺石納米管開辟新的工藝方案。
【附圖說明】
[0016]圖1是高嶺土 X射線衍射分析圖
[0017]圖2是二甲基亞砜/高嶺石插層復(fù)合物的X射線衍射分析圖
[0018]圖3是尿素/高嶺石插層復(fù)合物的X射線衍射分析圖
[0019]圖4是硬脂酸的X射線衍射分析圖
[0020]圖5是硬脂酸鈉的X射線衍射分析圖
[0021]圖6是硬脂酸/高嶺石插層復(fù)合物的X射線衍射分析圖
[0022]圖7是硬脂酸鈉/高嶺石插層復(fù)合物的X射線衍射分