[发明专利]插层型有机纳米高岭土及其制备和在制备聚氨酯纳米复合泡沫材料中的应用

说明书

技术领域

本发明属于化学及材料学科领域，涉及一种高岭土的有机改性技术，尤其 涉及一种插层型有机纳米高岭土的制备方法。本发明同时还涉及该插层型有机 纳米高岭土在制备阻燃聚氨酯泡沫材料中的应用。

背景技术

聚氨酯泡沫材料是一种具有独特性能和多方面用途的高聚物。它以聚醚多 元醇和二异氰酸酯为基本原料，加入水、表面活性剂、发泡剂，在叔胺和有机 锡催化剂的共同作用下形成的。主要作为减震材料应用于车辆的坐垫、靠垫、 内饰以及摩托车的鞍座等方面，同时也大量应用于制作沙发、床垫、装饰材料、 消声等民用产品。

聚氨酯泡沫塑料制品极易燃烧，阻燃困难。目前常用的阻燃方法大多是在 生产聚氨酯的原料中加入阻燃剂，所用的阻燃剂主要有反应型阻燃聚醚多元醇 和非反应型小分子阻燃剂。前者主要是含磷氯聚醚多元醇，然而这种方法所得 到的聚氨酯泡沫成本高、承载力低；非反应型小分子阻燃剂的品种主要有密胺 类、亚磷酸酯和氯化物等液体化合物。使用液体非反应型小分子阻燃剂，随着 泡沫的使用阻燃剂逐渐挥发阻燃效果下降，并对环境造成一定的危害。

高岭土(Kaolin Clay)主要由高岭石和多水高岭土组成，是非金属矿中重 要的工业矿物。高岭土的单元晶层构造是由一片硅氧四面体晶片和一片铝氧八 面体晶片组成的，为1∶1型粘土矿物。结构单元间靠氢键和范德华力连接成重 叠的层状堆叠，形成了高岭士的片状结构。晶层之间连接紧密，层间距为0.72 nm。正是高岭土的这种片层结构，赋予了高岭土很多独特的性能：可塑性、 结合性悬浮性和分散性、粘性和触变性、烧结性、耐火性、悬浮性和分散性、 离子吸附性及交换性、化学稳定性及电绝缘性，因此，广泛应用于造纸、涂料、 橡胶、陶瓷、塑料、化工、医药等许多行业。

目前对高岭土的修饰主要是通过甲醇、二甲基亚砜、肼、醋酸钾等有机分 子进行修饰得到有机纳米材料。然而这些有机纳米材料的有机相容性差，不能 实现无机粒子与高分子材料的真正相容，从而限制了其应用，同时也不能使纳 米粒子的优越性得以体现。

纳米粒子因其量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应 等独特的效应而广泛应用于高分子材料的改性过程，形成一系列的高性能的新 型材料。尽管纳米粘土在聚合物中已有一定的使用，如中国专利 200410050304.5中，使用蒙脱土作为纳米材料添加剂；中国专利 200580022378.0中，采用炭化增进剂和阻燃剂或者剥离粘土以及至少一种偶联 剂使用的，但是使用纳米高岭土作为阻燃粘土添加的还未曾报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种插层型有机纳米高岭土。

本发明的另一目的是提供一种插层型有机纳米高岭土的制备方法。

本发明还有一个目的，就是提供该插层型有机纳米高岭土在制备聚氨酯泡 沫复合塑料中的应用——插层有机纳米高岭土/聚氨酯复合泡沫材料的制备方 法。

(一)插层型有机纳米高岭土的制备

本发明有机纳米高岭土的制备方法，包括以下步骤：

1、先将高岭土用盐酸活化、干燥后与二甲基亚砜以1∶2～1∶6的质量比混合， 用球磨机研磨分散，得到部分插层的高岭土-二甲基亚砜胶状液。球磨时间为 5～20h，球磨机转速为100～120转/分。

高岭土的盐酸活化工艺为：将原始高岭土与3～7mol/L的盐酸以1∶7～1∶9 的质量比混合，在机械搅拌下处理3～5h后干燥。

2、向所得胶状液中补加二甲基亚砜，使高岭土与二甲基亚砜的质量比维 持在1∶6～1∶9范围，于150～170℃下反应3～6h得到高岭土插层前驱体。

3、将高岭土插层前驱体与其3～9倍质量的三乙醇胺在160～190℃反应1～4 h，通过三乙醇胺与二甲基亚砜的置换反应制得插层型的有机纳米高岭土。

本发明应用球磨分散方法，先以二甲基亚砜为插层剂与活化高岭土作用制 备插层前驱体，然后借助三乙醇胺与二甲基亚砜的置换反应得到有机相容性极 好的插层型有机纳米高岭土。图1、图2分别为本发明制备的机纳米高岭土的 FT-IR、SEM图。由图1、图2可以看出，高岭土的有机化插层过程得以顺利 进行，高岭土粒子部分剥离，团聚现象消失。