[发明专利]用于生产基于拟层状硅酸盐的复合物的方法及复合物作为用于聚合物材料的填料的用途

说明书

技术领域

本发明涉及包含天然来源的粘土的复合物的获得，所述天然来源的粘土即坡缕石-海泡石族拟层状硅酸盐(silicatos pseudolaminares)，其中所述粘土是独立离散的和表面改性的颗粒形式，在复合聚合物材料中作为添加剂或填料使用，用于增强所述复合聚合物材料的性能。

背景技术

属于层状硅酸盐族的特定粘土，例如蒙脱土，在以相对低的浓度添加时被用作流变添加剂可以改变各种液体体系的流变特性或者流动特性。通过这样的方式，这些粘土被用作增稠剂，以增加所述体系的粘度；或者被用作悬浮剂，以防止体系中悬浮颗粒的沉降。它们还可以被用作添加剂，所述添加剂提供特定的流变特性，例如假塑性(粘度随剪切速度降低)或者触变性(在恒定的剪切应力速度下，粘度随剪切时间降低)。所述层状粘土，例如蒙脱土，通常还被用作聚合物填料，以增强聚合物的机械阻力、聚合物的耐热性，或者增加聚合物的阻燃性或降低聚合物的透气性。当将该填料分散直到在聚合物基体中获得独立的层状颗粒时，才获得最佳的增强，这归因于形成所述蒙脱土微观结构的薄片的剥离方法。所述蒙脱土的独立层状颗粒具有大约1纳米的厚度。为了实现层状粘土在聚合物中的足够分散，必须使用有机试剂对粘土的表面改性至更高或更低的极性级别，通常使用的是季铵盐类型，其促进了亲水性粘土表面与聚合物基体相容(Ruiz-Hitzky，E.and Van Meerbeek A.(2006)Development in Clay Science：第10.3辛，Clay Mineral-and Organoclay-Polymer nanocomposite in Handbook of Clay Science.Bergaya F.，Theng B.K.G.，Lagaly G.，eds.Elsevier，583-621页)。

通常用作流变添加剂的其它类型的特定粘土是海泡石和绿坡缕石，亦称坡缕石。这两种粘土组成了拟层状硅酸盐族，亦称坡缕石-海泡石族，它们的特征在于属于该族的颗粒的形状是针状的而不是层状的，具有典型平均长度为1-2μm和直径为10-20纳米的微纤维形式。

化学上，海泡石是一种水合硅酸镁，然而也存在铝海泡石(八面体位置的大约19％被铝离子占据)、铁海泡石(称作铁石棉(xylotil))、镍-铁海泡石(falcondoite)和钠海泡石(loughlinite)。坡缕石或绿坡缕石是水合硅酸镁铝，具有与海泡石类似的结构。根据Brauner和Preisinger，海泡石结构上由滑石型区域带形成，包含两个通过氧原子连接到镁八面体中间层的硅石四面体层。这些滑石型区域带以这样的方式排列，硅石四面体层是连续的，但硅石四面体每六个单元进行反转。该结构决定了海泡石颗粒中的针状形态，沿着c轴延伸并存在孔道，称作沸石态，所述孔道沿针状颗粒的c轴方向伸展，具有的尺寸，其中可以透过水及其它液体。由于此结构，海泡石具有不仅缘于提高的外表面，而且缘于源自沸石态孔道的内表面的非常高的比表面积。基于结构模型的计算，海泡石的总理论表面积为900m²／g，其中对应的外部区域的表面积为400m²／g，对应的内部区域的表面积为500m²／g。然而，并非全部海泡石表面对于全部所述分子都是同样可进入的。海泡石可进入的表面积取决于使用的被吸附物，其尺寸和极性，这决定了被吸附物分子对于粘土微孔和沸石态孔道的可进入性。对于N₂的可进入的BET表面积通常高于300m²／g，这是天然矿物中表面积最高的物质之一。此外，在海泡石微纤维的表面上存在高密度的硅烷醇基(Si-OH)，所述硅烷醇基源自硅酸盐结构边缘的硅氧烷键Si-O-Si。这些硅烷醇基赋予海泡石表面非常高的亲水性质，以及可以形成氢键，和吸附各种类型的极性分子，例如醇、二醇和胺。所述硅烷醇基还可能与各种反应性类别，例如有机硅烷化合物反应，形成共价键。

绿坡缕石具有与海泡石类似的结构，但其中每四个四面体发生硅四面体反转，而不是像海泡石中的每六个四面体。因此，在绿坡缕石中测得沸石态孔道具有的截面，小于海泡石孔道的截面。出于这样的原因，对于绿坡缕石的比表面积尽管高，但比海泡石的比表面积低，其N₂的BET表面积为大约150m²／g。