專(zhuān)利名稱(chēng)：一種粘土溶液及其制備方法與用途的制作方法
納米材料自80年代問(wèn)世以來(lái)，在電子工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、陶瓷工業(yè)中得以廣泛的研究及應(yīng)用，充分顯示這一材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和高技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用價(jià)值，引起世界科學(xué)界及工業(yè)界的極大關(guān)注。納米復(fù)合材料是指分散相尺度至少有一維小于100納米的復(fù)合材料。聚合物/粘土復(fù)合材料是目前研究最為廣泛的一類(lèi)納米復(fù)合材料。
天然粘土的基本單元是厚度約1納米，長(zhǎng)寬為數(shù)百納米的硅酸鹽片層，在自然界中以多片聚集體的方式存在。有機(jī)分子通過(guò)與吸附在粘土片層間的陽(yáng)離子發(fā)生離子交換，接枝于片層表面，層間距由1.5納米增至約2.0納米，這種經(jīng)過(guò)改性的粘土稱(chēng)為有機(jī)土，粘土由親水性改變?yōu)橛H油性。有機(jī)土可在氯仿中溶脹，經(jīng)超聲波振蕩后可制得1％的粘土氯仿懸浮液，三小時(shí)內(nèi)分層。CA檢索及專(zhuān)利檢索表明，截至目前尚未發(fā)現(xiàn)有片層結(jié)構(gòu)完全解離的粘土氯仿溶液的報(bào)道。根據(jù)粘土的片層結(jié)構(gòu)是否解離，聚合物/粘土納米復(fù)合材料可分為兩大類(lèi)一類(lèi)是插層型復(fù)合材料，粘土仍然保持層狀結(jié)構(gòu)，但層間距增大；另一類(lèi)是解離型納米復(fù)合材料，粘土的層狀結(jié)構(gòu)完全消失，粘土片層在聚合物基體中無(wú)規(guī)分布。與插層型納米復(fù)合材料相比較，解離型納米復(fù)合材料在粘土低用量份數(shù)時(shí)就可以產(chǎn)生優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)效果。強(qiáng)韌性陶瓷在宇航工業(yè)具有重要地位，陶瓷燒結(jié)過(guò)程中納米晶相的生長(zhǎng)尺寸是決定陶瓷韌性的主要因素之一，陶瓷前驅(qū)體/粘土解離型納米復(fù)合材料在燒結(jié)過(guò)程中可通過(guò)粘土片層控制晶相生長(zhǎng)。因此，如何制備解離型納米復(fù)合材料已成為這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。目前解離型納米復(fù)合材料是通過(guò)原位聚合的方法制備，即將單體插層進(jìn)入有機(jī)土的片層中，再引發(fā)聚合，利用聚合產(chǎn)生的熱量及形變將層狀結(jié)構(gòu)打開(kāi)。一些國(guó)際刊物報(bào)道了原位聚合法制備解離型納米復(fù)合材料，如Polym.Prepr.1991，32，65；Chem.Mater.1994，6，1719；Chem.Mater.1994，6，2216；Chem.Mater.1994，6，468。中國(guó)專(zhuān)利CN1138593A和CN1206028也進(jìn)行了相關(guān)報(bào)道。以上方法的缺陷在于對(duì)每一種聚合物必須選擇其特殊的插層條件及聚合條件。顯然，這些工作量是龐雜的，工業(yè)實(shí)施也比較困難。本發(fā)明提出了一種解離的粘土溶液，只要能溶于氯仿的聚合物都可以與該溶液共混，制備解離型納米復(fù)合材料，方法簡(jiǎn)單易行。
本發(fā)明的目的在于提供一種粘土溶液，其特征為片層結(jié)構(gòu)完全解離，溶液穩(wěn)定。
本發(fā)明的目的在于提供一種粘土處理方法，使用該方法將有機(jī)土處理后，得到解離的粘土氯仿溶液。
本發(fā)明的另一目的在于將上述得到的溶液與聚合物進(jìn)行溶液共混，制備解離型粘土納米復(fù)合材料。
本發(fā)明提供的粘土溶液(簡(jiǎn)稱(chēng)為溶液A)，通過(guò)有機(jī)硅單體插層進(jìn)入粘土的片層引發(fā)聚合，再水洗分離，其片層結(jié)構(gòu)完全解離，溶液穩(wěn)定。溶液A放置六個(gè)月不分層，而用粘土直接制備的氯仿溶液(簡(jiǎn)稱(chēng)為溶液B)在三小時(shí)內(nèi)分層；采用核磁共振波譜測(cè)試表明，溶液A中粘土片層表明結(jié)枝烷基鏈的端基氫的馳豫時(shí)間為1.001S，而溶液B相應(yīng)的馳豫時(shí)間為3.058S，這表明溶液A中片層結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全解離；將溶液A與硅橡膠共混，XRD及TEM測(cè)試表明其片層結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全解離。將溶液B與硅橡膠共混，XRD及TEM測(cè)試表明其片層結(jié)構(gòu)仍然存在。
本發(fā)明分如下步驟實(shí)施(1)按重量比將1份的有機(jī)土置于2-10份的氯仿中溶脹5-50小時(shí)后，將2-10份的單體(二甲基二氯硅烷，二甲基二甲氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷)加入上述溶液中，超聲波震蕩10-60分鐘，形成懸浮液。(2)將懸浮液滴加入等于懸浮液體積0.5-5倍的混合溶劑中，混合溶劑為水∶醇∶氯仿，甲苯或四氫呋喃＝1-30∶20-80∶10-70，在-10℃-+10℃聚合，反應(yīng)完畢后，水洗反應(yīng)液至無(wú)氯離子。(3)將所得溶液與20份的四氫呋喃混合攪拌5分鐘后采用2000-4000轉(zhuǎn)/分鐘的低速離心分離，將離心管底部的白色沉淀物取出溶于50份的氯仿中攪拌10分鐘，即得到解離的粘土溶液。經(jīng)測(cè)定粘土的固含量為70-80％。(4)量取含1克土的上述溶液與10克的聚合物溶液混合攪拌0.5-2小時(shí)，再用甲醇將聚合物/粘土沉出，真空烘干即得解離型納米復(fù)合材料。
本發(fā)明的效果在于提出一種片層完全解離的粘土氯仿溶液，任何聚合物只要溶于氯仿，就可以使用本專(zhuān)利提出的粘土溶液來(lái)制備解離型納米復(fù)合材料，XRD及TEM測(cè)試表明納米材料的片層結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全解離。
權(quán)利要求
1.一種粘土溶液，其特征在于所述的粘土溶液為解離的穩(wěn)定的粘土氯仿溶液，其粘土片層完全解離。
2.按照權(quán)利要求1所述的粘土溶液，其特征在于所述的粘土為有機(jī)鈉基蒙脫土。
3.按照權(quán)利要求1所述的粘土溶液的制備方法，其特征在于將1份的粘土溶脹于2-10份的氯仿中，再將2-10份的單體二甲基二氯硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷通過(guò)超聲波插層進(jìn)入粘土的片層中，得到懸浮液，然后將懸浮液滴加入等于懸浮液體積0.5-5倍的混合溶劑中，在-10℃-+10℃聚合，再水洗分離，得到解離的粘土溶液。
4.按照權(quán)利要求1所述的粘土溶液的制備方法，其特征在于所述的混合溶劑為水∶醇∶氯仿，甲苯或四氫呋喃＝1-30∶20-80∶10-70。
5.按照權(quán)利要求1所述的粘土溶液的制備方法，其特征在于所述的分離為采用2000-4000轉(zhuǎn)/分鐘的低速離心分離。
6.按照權(quán)利要求1所述的粘土溶液的用途，其特征在于所述溶液與溶于氯仿的聚合物共混制備解離型納米復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種粘土溶液及其制備方法與用途。這種溶液是片層結(jié)構(gòu)完全解離的粘土氯仿溶液。制備方法是將有機(jī)硅單體插層進(jìn)入粘土的片層中，引發(fā)聚合，再水洗分離，得到解離的粘土溶液；將上述溶液與聚合物共混，可制備解離型粘土納米復(fù)合材料。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)溶液共混直接制備解離型納米復(fù)合材料，無(wú)須特殊的原位聚合條件，制備過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)硅聚合物及溶劑可以回收利用。
文檔編號(hào)C04B33/04GK1415466SQ01134398
公開(kāi)日2003年5月7日 申請(qǐng)日期2001年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月2日
發(fā)明者馬軍, 徐堅(jiān), 陽(yáng)明書(shū), 任建輝, 施良和, 張小莉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所