[发明专利]耐高温刚棒状粘土有机插层剂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于一种耐高温刚棒状粘土有机插层剂及其制备方法。

背景技术：

聚合物/粘土纳米复合材料由于粘土在聚合物中达到纳米级均匀分散而使复合材料的力学性能、热性能、阻隔及耐燃性能等与原聚合物相比有极大的提高，引起了学术界和工业界的极大兴趣，某些种类的聚合物/粘土纳米复合材料已实现工业化生产。《复合材料学报》，3，5-9(2001)报道了日本丰田汽车公司成功地将尼龙/LS(layered silicate简称LS，粘土的化学名称)纳米复合材料实现商品化，用于制造汽车零部件。在制备聚合物/粘土纳米复合材料工艺中，粘土的有机化是必不可少和相当重要的环节。目前，绝大多数的粘土有机化插层剂是脂肪族烷基铵盐，它的热稳定性较差。Thermochimica Acta，367-368，339-350(2001)报道了由一系列长烷基链季胺盐粘土插层剂制备的有机化蒙脱土的热性能，研究发现其起始分解温度大约在220℃左右，在200-500℃的温度范围内，插层剂不断分解为有机小分子并从蒙脱土层间释放出来。至今为止，无论是用原位聚合或熔融插层法制备聚合物/粘土纳米复合材料，还是在纳米复合材料的加工过程中，对温度都有较高的要求。如果此温度超过有机化粘土中插层剂热稳定的极限温度，就会发生插层剂的断裂、逸出、碳化等现象，这些产物又可能引起聚合物的降解、交联等，在一定程度上会直接影响产品的性能，从而有必要开发一种热稳定性好的新型粘土有机插层剂。

发明内容：

本发明从分子结构设计出发，合成了一种新型结构的耐高温粘土有机插层剂。由于分子结构中含有大量的刚性基团，能有效提高分子的热稳定性，从而提高插层粘土的热分解温度，获得了耐高温刚棒状粘土有机插层剂，由于其优良的热稳定性，将会在聚合物/粘土纳米复合材料领域有着良好的应用前景。

本发明粘土有机插层剂的分子结构为如下式(1)所示：其中，R为：R′为：其中，R₁＝-O-，-SO₂-，-CH₂-；R₂＝H；R₃＝-CH₃，-OCH₃，-CF₃，-OCF₃，-F，-Cl或R₂＝R₃＝H，-CH₃，-OCH₃，-CF₃，-OCF₃，-F，-Cl；R₄＝-CH₃，-OCH₃，-CF₃，-OCF₃，-F，-Cl；R₅＝-CH₃，-CF₃。

本发明粘土有机插层剂的制备反应过程为：邻R基二甲酸酐与R′基二胺反应生成一端含有R基酰亚胺环，另一端含有伯胺基的刚棒状结构分子。在氮气保护下，将R′基二胺溶于一定量的N，N-二甲基乙酰胺中，向其中缓慢滴加邻R基二甲酸酐溶于少量N，N-二甲基乙酰胺中所得的溶液，滴加完毕后，加入几滴异喹啉，常温反应1-5小时，然后升温至溶液回流，继续反应1-5小时。反应结束后，在沉淀剂中沉淀，过滤，洗涤，反复三次，得到初级产物，将此产物加入到冰醋酸及少量浓盐酸的混合液中，加热溶解至溶液透明，并在沉淀剂中沉淀，过滤除去不容物，滤液中加入碳酸氢钠，再过滤，不容物用乙醇重结晶，反复三次，得到目标产物。测试其各种性能。

将上述制备的耐高温粘土有机插层剂与粘土按一定配比加入去离子水中，在80℃下反应1-12小时，将产物用热的去离子水反复洗涤，抽滤，直到用硝酸银水溶液检验滤液中无卤化银白色沉淀产生，将洗涤后的产物在真空烘箱中80℃干燥至恒重，得到有机化粘土。测试其各种性能。

本发明使用的邻R基二甲酸酐包括邻苯二甲酸酐，萘-1，8-二甲酸酐，4-苯基-环己烷-1，2-二甲酸酐。