[发明专利]一种聚烯烃复合材料用有机蒙脱石的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚烯烃复合材料用有机蒙脱石的制备方法。

背景技术

蒙脱石的有机化处理原理是利用有机阳离子置换蒙脱石颗粒中晶体层间原有的阳离子，使其层间结构发生改变，降低蒙脱石片层的表面能，增加两相间的亲和性，进而制备蒙脱石/聚烯烃纳米复合材料，该材料的结构中蒙脱石片层以纳米尺寸(至少一维小于100nm)均匀分布在聚烯烃基体中，通过蒙脱石纳米片层的小尺寸效应、表面及界面效应以及量子效应，可以使聚烯烃材料在非常少的填料下(一般少于5wt％)，改善其物理、力学性能和耐热性能，并可以提高聚烯烃制品的耐气体阻隔性和阻燃性能等。

目前，国内用于聚烯烃材料填料的蒙脱石产品较少，无统一行业标准，而国外早已研发出用于聚烯烃填料的蒙脱石产品，且品种丰富，指标明确，已成为成熟的市场产品。如美国Southern Clay Products有限公司的系列产品，可以作为塑料和橡胶的添加剂，可以改善诸多物理特性，如机械强度、线性热膨胀系数、阻燃性等。又如英国Elementis有限公司的系列有机澎润土可应用于热塑性与热固性塑料，并能改善其防火性、阻隔性以及机械性能。因此，研究一种可以应用于塑料行业中的有机蒙脱石具有非常重要的意义。

综合蒙脱石有机改性方法，目前广泛应用的改性方法是阳离子有机铵盐改性，即利用黏土层间离子交换的原理，将有机改性剂(阳离子表面活性剂，通常为有机铵盐或鳞盐)插入黏土片层之间，使黏土的内外表面由亲水性转化为疏水性，有利于黏土和聚合物的浸润。

例如US6794437专利使用钠基蒙脱石为原料，使用阳离子季铵盐化合物和非离子有机物进行复合改性，其中季铵盐化合物包括2M2HT(二甲基双氢化牛脂基氯化铵)、M2HES(甲基双羟乙基硬脂氯化铵)；非离子有机物包括聚氨酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚。该专利使用X衍射进行层间距测试，结果表明使用钠基膨润土，经2M2HT和M2HES、聚酰胺改性的蒙脱石层间距可以达到

US4412018专利使用有机阳离子改性剂和有机阴离子改性剂复合改性蒙脱石，有机阳离子改性剂为氢化牛脂、十八烷基铵盐、苄基二甲基氢化牛脂盐。有机阴离子包括邻苯二甲酸二钠、苯六甲酸酯、辛酸钠、硬脂酸钠、月桂酸钠等，蒙脱石经有机改性后亲油性明显增加。

US7157516[7]专利使用溶液插层法制备复合材料，以甲基二氢化牛脂氯化铵和聚乙二醇(1500)为原料复合改性蒙脱石，然后将有机粘土分散到聚丁烯中(Mn750，低分子量聚异丁烯)，加入有机试剂，后通过蒸发有机试剂制备高粘度、透明的复合材料，但是该方法较为繁杂，不易工业化生产。

US6407155[10]使用钠基蒙脱石为原料，使用硬脂胺改性剂，并使用盐酸调节pH，使硬脂胺盐溶于蒙脱石浆液中，并添加正辛基三乙氧基硅烷进行复合改性，之后使用复合改性的蒙脱石与PP、尼龙进行熔融挤出加工制备复合材料，结果表明两种复合材料均具有良好的力学性能。

中国专利200510002216.2将纳米蒙脱石分散在有机溶剂中，然后加入可溶于有机试剂的有机改性剂，制得层间距大于1.9纳米的蒙脱石，该方法避免了蒙脱石在水中分散时需从水相向有机相进行置换的过程，使得制备方法简化，但是该方法使用大量的有机溶剂，而有机溶剂多为有毒试剂，因此在制备过程和后续处理过程中具有危险因素，不适合工业化生产。

中国专利99119834.4将蒙脱石的水相悬浮液与一季铵盐化合物和聚不饱和羧酸衍生物反应制作而成，聚不饱和羧酸可以提高溶剂中的溶剂化合分散能力，但是聚不饱和羧酸衍生物只能起到蒙脱石表面吸附作用，无法增加蒙脱石的层间距。

中国专利200910223929.X介绍了一种二氧化硅/无机粘土复合粉末的制备方法，该专利使用湿法混合搅拌无机粘土与二氧化硅后经干燥制得无机复合粉体，具有制备方法简便，易于操作的特点，但同时由于无机粘土具有亲水性，不能与大多数聚合物形成有效的纳米复合材料，因此需选用合适的有机改性剂交换粘土层间无机阳离子，达到粘土有机化的目的，从而与有机高分子材料具有更好的相容性。

以上专利介绍的用于聚烯烃复合材料的蒙脱石有机改性方法，主要是通过有机季铵盐插层改性方法，所选取的试剂多为长链季铵盐，具有用量大，成本高的特点，而且在聚烯烃复合材料熔融挤出过程中会发生热分解，使得塑料制品变黄、变黑。

发明内容