CN104192857A - 氨基磺酸铵改性高岭土及制备方法 - Google Patents

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谷晓昱
唐武飞
张胜
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本发明涉及氨基磺酸铵(AS)插层改性高岭土及制备方法。首先将适量高岭土(K)、二甲基亚砜(DMSO)和蒸馏水加入到三口瓶中，放到超声波反应器中，超声功率为100W，超声5h，洗涤干燥得高岭土-二甲基亚砜(K-DMSO)复合物；然后，取适量K-DMSO和饱和醋酸钾(KAc)溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下搅拌1d，洗涤干燥得高岭土-醋酸钾(K-KAc)复合物；最后，取适量K-KAc和氨基磺酸铵溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下反应1d，洗涤干燥得高岭土-氨基磺酸铵(K-AS)复合物。本发明是将含N和S阻燃元素的阻燃剂引入到高岭土层间，得到一种含N和S阻燃元素的高岭土，能提高材料的阻燃性能。

Description

氨基磺酸铵改性高岭土及制备方法
技术领域
本发明涉及氨基磺酸铵改性高岭土领域，具体涉及氨基磺酸铵改性高岭土及制备方法
背景技术
高岭土(Kaolinite，K)属于典型的两层硅酸盐结构，其理想的化学式为Al2[(OH)4/Si2O5]，属于三斜晶系，是由SiO4四面体的六方网层与AlO2(OH)4八面体网层在C轴上做周期性排列且按1:1结合形成的层状结构。使其在工业催化、生物医药、环境保护、电子材料、纳米复合材料、阻燃材料等领域获得了广泛应用并显示出良好的前景。
近年来，层状纳米材料的应用越来越广，如在阻燃、催化和电流变液等领域的应用研究相当活跃，其中将功能性离子引入层状材料片层中间制备的插层材料以及独特的性能逐渐被人们所重视。高岭土属于非膨胀性层状硅酸盐，与蒙脱土不同，层间无可交换性离子，硅氧四面体片和铝氧八面体片之间存着非对称效应，层间主要以氢键结合，所以高岭土层间粘附力大，因此高岭土与有机物之间的插层比较困难。研究表明，只有少数强极性小分子能够在一定的条件下直接插层到高岭土层间，如二甲基亚砜、肼、醋酸钾和甲酰胺等，其他分子，如吡啶、1-2-丙二醇、苯甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚甲基丙烯酸甲酯等均不能直接插层到高岭土层间，但可以通过活性分子的夹带或置换作用进入层间，从而间接实现高岭土的插层改性。
氨基磺酸铵(AS)中含氨基以及硫氧双键，通过插层取代的方法可使TU与高岭土的内表面羟基形成氢键，从而将AS引入到高岭土层间，而TU中含阻燃元素N和S，可进一步提高基体的阻燃性能。
发明内容
本发明的目的是在于制备氨基磺酸铵改性高岭土，将含N和S阻燃元素的阻燃剂通过超声和化学反应***到高岭土层间，全面提高高岭土的阻燃性能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
首先将20至40质量份化学式为Al2[(OH)4/Si2O5]的高岭土(K)、200至400质量份二甲基亚砜(DMSO)和20至50质量份去离子水加入到三口烧瓶中，放到超声波反应器中，超声功率100W至250W，超声时间2h至8h，洗涤干燥得插层型高岭土-二甲基亚砜(K-DMSO)复合物；然后，取1至2质量份K-DMSO和饱和醋酸钾(KAc)溶液加入到三口瓶中，60℃条件下反应1至3d，洗涤干燥得插层型高岭土-醋酸钾(K-KAc)复合物；最后，取1至2质量份K-KA样品和3mol/L至8mol/L氨基磺酸铵溶液20mL加入到三口烧瓶中，60℃条件下反应1至3d，洗涤干燥得插层型高岭土-氨基磺酸铵(K-AS)复合物。
本发明制备了一种全新的层间改性高岭土，将含N和S阻燃元素的阻燃剂氨基磺酸铵插层到高岭土层间，工艺简单，原料易得，制备量大，转化率高，可以作为一种新型的高分子阻燃添加剂。
实际应用中，本发明制备的改性高岭土可与多种树脂基体共混，从而得到纳米复合材料。改性高岭土可以很好的提高基体树脂材料的阻燃性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的改性高岭土与原始高岭土的FTIR对比图；
图2是本发明实施例提供的改性高岭土与原始高岭土的XRD对比图
图3是本发明实施例提供的改性高岭土(K-AS)与原始高岭土的TG对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明技术方案进行较为详尽的说明。
实施例1：
(1)将24质量份高岭土(K)、240ML二甲基亚砜(DMSO)和27ML去离子水加入到三口瓶中，放到超声波反应器中，超声功率为100W，超声时间为5h，洗涤干燥得插层型高岭土-二甲基亚砜(K-DMSO)复合物；然后，取1质量份K-DMSO和20mL饱和醋酸钾(KAc)溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下连续搅拌反应1d，洗涤干燥得插层型高岭土-醋酸钾(K-KAc)复合物；最后，取1质量份K-KAc和20mL8mol/L氨基磺酸铵溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下反应1d，洗涤干燥得插层型高岭土-氨基磺酸铵(K-AS)复合物。
对改性高岭土与高岭土进行FTIR分析，相比而言，DMSO插层高岭土后，3694cm-1处峰的强度相对于3621cm-1处明显下降，说明高岭土的大量内表面羟基被破坏，而原来的3670和3653cm-1处的吸收峰被3663cm-1处的吸收峰所取代；在3022和2937cm-1处，出现了甲基反对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰，而且在1319cm-1处出现了甲基的弯曲振动峰，说明DMSO可能与高岭土内表面羟基发生了相互作用；从K-KAc的谱图发现，在3607cm-1处出现了新的吸收峰，代表KAc的***高岭土影响了K-DMSO中的氢键结构，在1602和1420cm-1处出现了新的吸收峰，分别代表COO-的反对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰，说明KAc将MeOH取代，KAc与高岭土内表面羟基发生了相互作用；从K-AS的谱图发现,在3611cm-1处出现了新的吸收峰，代表AS的***高岭土影响了K-KAc中的氢键结构，在1404,1258和1206cm-1处出现了新的吸收峰，分别代表SOO-的反对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰，。
为了进一步验证对改性高岭土和高岭土进行XRD分析。用DMSO、KAc和AS依次改性，高岭土的层间距相应发生了移动，体现在d001值的变化，在高岭土的XRD谱图中，高岭土的001晶面出现在2θ＝12.4°。当DMSO改性后，衍射峰向低角度移动到7.9°。当用KAc改性K-DMSO，K-KAc的001晶面的衍射峰移动到6.2°，当用AS改性K-KAc，K-AS的001晶面的衍射峰移动7.45°，插层率达90％。
再进一步验证，对高岭土和KDP改性高岭土进行热失重分析(TG)，可以看到原始高岭主要在500-600℃之间脱羟基，生成水；K-DMSO主要在120-180℃之间脱除层间的DMSO，在500-600℃之间脱羟基；K-KAc主要在340-400℃之间脱除层间的KAc，在500-600℃之间脱羟基；K-AS主要在200-400℃之间脱除层间的AS，在500-600℃之间脱羟基,600℃之后残炭进一步降解。
实施例2：
将24质量份高岭土(K)、240ML二甲基亚砜(DMSO)和27ML去离子水加入到三口瓶中，放到超声波反应器中，超声功率为100W，超声时间为6h，洗涤干燥得插层型高岭土-二甲基亚砜(K-DMSO)复合物；然后，取1质量份K-DMSO和20mL饱和醋酸钾(KAc)溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下连续搅拌反应1d，洗涤干燥得插层型高岭土-醋酸钾(K-KAc)复合物；最后，取1质量份K-KAc和20mL8mol/L氨基磺酸铵溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下反应1d，洗涤干燥得插层型高岭土-氨基磺酸铵(K-AS)复合物。
实施例3：
将24质量份高岭土(K)、240ML二甲基亚砜(DMSO)和27ML去离子水加入到三口瓶中，放到超声波反应器中，超声功率为100W，超声时间为5h，洗涤干燥得插层型高岭土-二甲基亚砜(K-DMSO)复合物；然后，取1质量份K-DMSO和20mL饱和醋酸钾(KAc)溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下连续搅拌反应2d，洗涤干燥得插层型高岭土-醋酸钾(K-KAc)复合物；最后，取1质量份K-KAc和20mL8mol/L氨基磺酸铵溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下反应1d，洗涤干燥得插层型高岭土-氨基磺酸铵(K-AS)复合物。
实施例4：
将24质量份高岭土(K)、240ML二甲基亚砜(DMSO)和27ML去离子水加入到三口瓶中，放到超声波反应器中，超声功率为100W，超声时间为5h，洗涤干燥得插层型高岭土-二甲基亚砜(K-DMSO)复合物；然后，取1质量份K-DMSO和20mL饱和醋酸钾(KAc)溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下连续搅拌反应3d，洗涤干燥得插层型高岭土-醋酸钾(K-KAc)复合物；最后，取1质量份K-KAc和20mL8mol/L氨基磺酸铵溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下反应1d，洗涤干燥得插层型高岭土-氨基磺酸铵(K-AS)复合物。
实施例5：
将24质量份高岭土(K)、240ML二甲基亚砜(DMSO)和27ML去离子水加入到三口瓶中，放到超声波反应器中，超声功率为100W，超声时间为5h，洗涤干燥得插层型高岭土-二甲基亚砜(K-DMSO)复合物；然后，取1质量份K-DMSO和20mL饱和醋酸钾(KAc)溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下连续搅拌反应1d，洗涤干燥得插层型高岭土-醋酸钾(K-KAc)复合物；最后，取1质量份K-KAc和20mL3mol/L氨基磺酸铵溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下反应1d，洗涤干燥得插层型高岭土-氨基磺酸铵(K-AS)复合物。

Claims (6)

1.氨基磺酸铵改性高岭土，其特征在于：将含N和S阻燃元素的阻燃剂通过超声和化学反应插层到高岭土层间。
2.氨基磺酸铵改性高岭土制备方法，其特征包括以下步骤：首先将20至40质量份化学式为Al2[(OH)4/Si2O5]的高岭土(K)、200至400质量份二甲基亚砜(DMSO)和20至50质量份去离子水加入到三口烧瓶中，放到超声波反应器中，超声功率100W至250W，超声时间2h至8h，洗涤干燥得插层型高岭土-二甲基亚砜(K-DMSO)复合物；然后，取1至2质量份K-DMSO和饱和醋酸钾(KAc)溶液加入到三口瓶中，60℃条件下反应1至3d，洗涤干燥得插层型高岭土-醋酸钾(K-KAc)复合物；最后，取1至2质量份K-KA样品和3mol/L至8mol/L氨基磺酸铵溶液20mL加入到三口烧瓶中，60℃条件下反应1至3d，洗涤干燥得插层型高岭土-氨基磺酸铵(K-AS)复合物。
3.根据权利要求2所述的氨基磺酸铵改性高岭土制备方法，其特征在于所用的高岭土化学式为Al2[(OH)4/Si2O5]。
4.根据权利要求2所述的氨基磺酸铵改性高岭土制备方法，其特征在于将24质量份高岭土、240体积份的DMSO和27体积份去离子水混合后，放到超声波反应器中，超声功率为100W，超声时间为6h，用无水乙醇洗涤3次，60℃恒温干燥12h后得插层型高岭土-二甲基亚砜(K-DMSO)复合物。
5.根据权利要求2所述的氨基磺酸铵改性高岭土制备方法，其特征在于将1质量份的K-DMSO和20体积份的饱和KAc溶液加入到烧杯中，60℃条件下反应1d，用无水乙醇洗涤3次，60℃恒温干燥12h后得插层型高岭土-醋酸钾(K-KAc)复合物。
6.根据权利要求2所述的氨基磺酸铵改性高岭土制备方法，其特征在于将1质量份的K-KAc和20体积份的8mol/L氨基磺酸铵溶液加入到三口烧瓶中，60℃条件下反应1d，用无水乙醇洗涤3次，60℃恒温干燥12h后得插层型高岭土-氨基磺酸铵(K-AS)复合物。
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