机械化学制备聚酚胺‑无机粘土插层纳米复合材料的方法

摘要

本发明提供了一种机械化学制备聚酚胺‑无机粘土的插层纳米复合材料的方法。方法步骤如下：（1）将无机黏土加入含有缓冲液的研钵中，尽量搅拌均匀；（2）然后加入邻苯二酚和1,6‑己二胺；（3）将共混物在研钵中研磨，研磨至无机黏土完全变为深褐色；（4）反应完成后，分别用水和无水乙醇洗涤，冷冻干燥至恒重，得到聚酚胺‑无机粘土复合材料，其溶解性能和机械性能大大提高，同时也使粘土的用途更加广泛。该制备方法简便，制备成本低，后处理简单，共聚物插层率高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械化学聚合法制备聚酚胺-无机粘土纳米复合材料的方法。

背景技术

粘土矿物是一类含水的铝硅酸盐，包括高岭石族、蒙脱石族等，具层状结构，颗粒一般小于 10 μ m，加水后具有不同程度的可塑性。其结构特点为 ： 由 Si-O 构成层状骨骼，按 夹在它们之间的离子种类形成各种层状结构，并沿 C 轴重叠。具有很大的残缺表面，层间结合力弱，并存在着层内结构不饱和填充与扭曲等。

插层聚合是指将单体插入层状或多孔状无机物的片层或孔隙之间，从而得到无机/ 有机纳米复合物。许多无机化合物如硅酸盐类、磷酸盐类、金属氧化物、硫化物、氧氯化物等具有典型的层状结构，而且其层间距通常处于分子尺寸，可以实现无机相与有机相在分子水平或者纳米水平的复合，从而赋予插层复合物以新的优良性能。插层聚合所得的聚合物 / 层状无机粘土复合材料能够将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性及介电性完美地结合起来，有别于通常的聚合物 / 无机填料复合体系。

酚羟基和氨基官能团结构可以和有机-无机表面建立共价和非共价的相互作用，从而使聚多巴胺交联层强力附着在材料表面上。由于聚酚胺本身带有大量胺基和酚羟基等，满足附着材料表面的能力，可以与多种材料复合。

蒙脱土由于层间的大量无机离子而表现出来的疏油性，不利于其在聚合物基体中的分散，因此要对其进行有机改性，其目的旨在改变蒙脱土表面的高极性，使蒙脱土层间由亲油性转变为亲水性，降低其表面能，同时使蒙脱土的层间距增大，使聚合物的链或单体能进入层间，从而制造出纳米复合材料。

相比于常用的电化学和化学聚合法，机械化学聚合有着制备时间短、制备过程绿色环保、制备简单易行等优点，是一种温和、容易操作和实现工业化生产的聚合方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用机械化学聚合法制备聚酚胺-无机粘土纳米复合材料的方法。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案：

一种机械化学制备聚酚胺-无机粘土的插层纳米复合材料的方法，其特征在于以下步骤：

（1）将无机黏土加入研钵，添加纯水或一定pH值的水，搅拌，研磨，尽量使之均匀；

（2）再加入一定比例的酚和胺，搅拌均匀；

（3）将共混物在玛瑙研钵中研磨一定时间，研磨至无机黏土完全变为深褐色；

（4）反应完成后，进行分离、洗涤、干燥，得到聚酚胺-无机粘土纳米复合材料。

该制备过程绿色环保、制备简单易行、条件温和、容易操作和实现工业化生产，便于推广使用，制得的聚酚胺-无机粘土的插层纳米复合材料具有良好的溶解性能和机械性能，具有广泛的应用前景。

进一步的，所述步骤中酚为邻苯二酚、对苯二酚、邻苯三酚中的至少一种。

进一步的，所述步骤中胺为为二乙烯三胺或结构式为NH₂(CH₂)nNH₂的脂肪胺（n代表4至12的整数）中的至少一种。

进一步的，所述步骤中酚和胺的摩尔比为0.8~1.2 : 1。

进一步的，所述步骤中无机粘土和酚的质量比例为1 : 0.02~1。

进一步的，所述步骤中一定pH值为pH=7.0~9.9。

进一步的，所述步骤中研磨一定时间为0.5~9小时。

本发明提出了一种制备改性无机黏土的全新方案,即利用酚和胺通过机械化学聚合的方法进行改性。机械化学聚合相比常用的电化学和化学聚合，有着制备时间短、制备过程绿色环保、制备方法简单易行、工艺流程简单且聚合效率较高等优点，机械聚合通过外加的机械力使得在其他反应条件下插入无机黏土层间很慢的聚酚胺能够较快的插入在无机黏土层间。从而使蒙脱土层间由亲油性转变为亲水性，降低其表面能，同时使蒙脱土的层间距增大，使聚合物的链或单体能进入层间，从而制造出纳米复合材料。

与其他技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）通过本发明所述的聚酚胺-无机粘土纳米复合材料的制备原料成本低廉，便于推广使用，修饰后的无机黏土层间距增大，可以应用于更广泛的应用中。

（2）本发明制备工艺简单，制备过程绿色环保，适合规模化工业生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步阐述,这些实施例只是为了阐述本发明的技术方案而不能视为对本发明权利要求内容的限制。实施例中所用原料均为常规市购产品所用设备均为常规设备测试方法均为常规方法。

实施例1

（1）将蒙脱土加入含有5 mL pH为8.5缓冲液的研钵中，尽量搅拌均匀；

（2）再加入邻苯二酚和己二胺。邻苯二酚和己二胺的摩尔比为1: 1；（邻苯二酚和1,6-己二胺）和蒙脱土的质量比1:20

（3）将共混物在玛瑙研钵中研磨5min，重新搅拌均匀，继续研磨1 h，研磨至蒙脱土完全变为深褐色；

（4）反应完成后，分别用水和无水乙醇洗涤，至溶液pH为中性，干燥至恒重，得到聚酚胺-蒙脱土纳米复合材料。

实施例2

（1）将蒙脱土加入含有5 mL 纯水的研钵中，尽量搅拌均匀；

（2）再加入邻苯二酚和二乙烯三胺。邻苯二酚和二乙烯三胺的摩尔比为1: 1.1；（邻苯二酚和二乙烯三胺）和蒙脱土的质量比1:4；

（3）将共混物在玛瑙研钵中研磨5min，重新搅拌均匀，继续研磨6 h，研磨至蒙脱土完全变为深褐色；

（4）反应完成后，分别用水和无水乙醇洗涤，至溶液pH为中性，干燥至恒重，得到聚酚胺-蒙脱土纳米复合材料。

实施例3

（1）将高岭土加入含有5 mL pH为9.5缓冲液的研钵中，尽量搅拌均匀；

（2）再加入对苯二酚和丁二胺。邻苯二酚和丁二胺的摩尔比为1:0.9；（邻苯二酚和丁二胺）和高岭土的质量比1:10；

（3）将共混物在玛瑙研钵中研磨5min，重新搅拌均匀，继续研磨3 h，研磨至蒙脱土完全变为深褐色；

（4）反应完成后，分别用水和无水乙醇洗涤，至溶液pH为中性，干燥至恒重，得到聚酚胺-高岭土纳米复合材料。

实施例4

（1）将高岭土加入含有5 mL pH为8.5缓冲液的研钵中，尽量搅拌均匀；

（2）再加入邻苯三酚和己二胺。邻苯三酚和己二胺的摩尔比为1: 0.8；（邻苯三酚和己二胺）和高岭土的质量比1:40；

（3）将共混物在玛瑙研钵中研磨5min，重新搅拌均匀，继续研磨8 h，研磨至高岭土完全变为深褐色；

（4）反应完成后，分别用水和无水乙醇洗涤，至溶液pH为中性，干燥至恒重，得到聚酚胺-高岭土纳米复合材料。