СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НАНОСИЛИКАТОВ Российский патент 2011 года по МПК C01B33/40 C01B33/44 

Описание патента на изобретение RU2433954C1

Изобретение относится к способам модифицирования слоистых наносиликатов, предназначенных для использования при изготовлении полимерных нанокомпозитов, осуществляемым путем проведения реакции катионного обмена с органическими катионами.

Известен способ получения органоглин, согласно которому реакция ионного обмена осуществляется после очистки и активации бентонита пирофосфатом либо триполифосфатом натрия и диспергирования частиц при помощи высокоскоростного гомогенизатора (заявка США №2006/0118002).

Недостатками известного способа являются удлинение технологического цикла и существенные энергозатраты, так как процессы натриевой активации, очистки и процесс модификации слоистых наносиликатов органическими катионами осуществляются на разных технологических стадиях, а также использование токсичных органических растворителей.

Известен способ очистки и модификации минеральных глин в неводных растворителях, включающий реагирование сырой минеральной глины, содержащей примеси, с четвертичной аммониевой или фосфорной солью в неводных растворителях и отделение твердого осадка (заявка WO №2006/011143).

Недостатком известного способа является использование токсичных органических растворителей.

Наиболее близким принятым за прототип, является способ модифицирования наносиликата (органоглины смектитового типа), который включает следующие операции: получение суспензии наносиликата в воде, отделение крупнодисперсных примесей методом центрифугирования, гомогенизация суспензии в условиях повышенных сдвиговых усилий с использованием высокоскоростного гомогенизатора типа Manton-Gaulin, обработка органическими катионами, фильтрация, промывка и сушка полученного продукта (патент США №5110501).

Недостатками способа-прототипа являются невысокое качество получаемых модифицированных наносиликатов и высокая энергоемкость процесса.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение качества модифицированных наносиликатов и снижение энергоемкости процесса модифицирования.

Для решения поставленной технической задачи предложен способ модифицирования наносиликатов, включающий диспергирование смектитовой глины в растворителе, отделение примесей, обработку полученного продукта соединением, содержащим органические катионы, выделение, промывку и сушку модифицированного наносиликата, отличающийся тем, что диспергирование смектитовой глины проводят в 1М водном растворе соли натрия, количество соединения, содержащего органические катионы, рассчитывают по формуле

где mOK - масса органического катиона в товарной форме, г; WC - содержание твердого вещества в суспензии наносиликата, г/л; VC - объем суспензии, л, КОЕ - катионная обменная емкость исходного сырья, мг-экв/100 г; MOK - молярная масса органического катиона, г/моль; WOK - массовое содержание основного вещества в форме органического катиона, доли единиц; а сушку модифицированного наносиликата проводят при температуре 100-120°С.

Согласно заявляемой технологии наносиликат с щелочно-земельными либо щелочными и щелочно-земельными обменными катионами диспергируют в 1М водном растворе солей натрия при содержании твердой фазы от 1 до 7%, и тем самым одновременно осуществляют его натриевую активацию, что необходимо для повышения качества получаемого модифицированного наносиликата. После этого проводят осаждение полученной суспензии и удаление надосадочной жидкости путем декантации под действием силы тяжести в течение 5-15 мин. После отделения грубодисперсных примесей к полученному активированному наносиликату добавляют модификатор - соединение, содержащее органические катионы, и перемешивают полученный продукт на любом подходящем смесительном оборудовании с использованием различных типов пропеллерных, лопастных мешалок либо ультразвукового оборудования. В заявляемом изобретении не используются энергозатратные высокоскоростные гомогенизаторы и отсутствует энергоемкая стадия разделения наносиликата на фракции, что также является преимуществом заявляемого изобретения. После этого проводят фильтрацию наносиликата, промывку его водой и сушат при температуре 100-120°С. Сушка при указанных температурах проводится без разложения органических катионов модификатора и позволяет получить безводные формы наносиликатов, позволяющие им обеспечить необходимое взаимодействие с полимерными матрицами в нанокомпозитах.

Смектитовые глины, пригодные для изготовления модифицированных наносиликатов по заявляемой технологии, могут быть любыми смектитовыми глинами, например - бентонитовыми глинами с щелочноземельным либо смешанным щелочным-щелочно-земельным составом обменного комплекса, т.е. глинами, содержащими в межслоевом пространстве катионы кальция, магния, а также частично катионы кальция и магния и ионы натрия, лития и протоны.

В качестве солей натрия могут быть использованы хлорид натрия, сульфат натрия, бромид натрия и др. соли.

В качестве органического компонента (органических катионов) могут использоваться любые растворимые в воде органические катионы, в частности ароматические или алифатические соли первичных, вторичных, третичных аминов, четвертичные аммониевые, фосфониевые и стиббониевые соединения, содержащие, по крайней мере, один длинный углеводородный радикал, который может содержать дополнительные функциональные группы, двойные связи, гидроксильные, эпоксидные, оксиэтиленовые, оксипропиленовые группы, аминогруппы, меркапто-группы и пр. Также могут быть использованы сульфониевые, фосфониевые органические основания, производные пиридина и имидазолина и пр.

Выделение порошкообразного модифицированного наносиликата может осуществляться при помощи любых известных методов, в частности методом центрифугирования, фильтрации, сушки в виброкипящем слое, распылительной сушки, лиофильной сушки. Удаление остаточной влаги осуществляется путем сушки органомодифицированного наносиликата на воздухе либо под вакуумом при температуре 100-120°С.

Примеры осуществления

Заявляемый способ осуществляется следующим образом:

6%-ную водную суспензию природного кальциевого-магниевого бентонита с обменной емкостью натриевой формы 95 мг-экв/100 г активировали путем смешения порошкообразного бентонита с 1М раствором хлорида натрия и перемешивали на установке «Воронеж» в течение 30 мин. Суспензию отделяли от грубодисперсных частиц путем декантации. Остаточное содержание тонкодисперсной твердой фазы в суспензии составляло 3% (30 г/л). К очищенной суспензии добавляли модификатор - 77% раствор дистеарилметиламмонийхлорида с молекулярной массой 577 г/моль. Количество добавляемого дистеарилметиламмонийхлорида (mOK, г) рассчитывали по формуле

где WC - содержание твердого вещества в суспензии наносиликата, 30 г/л; VC - объем суспензии, 10 л; КОЕ - катионная обменная емкость смектитовой глины, 95 мг-экв/100 г; MOK - молярная масса органического катиона, 577 г/моль; WOK - массовое содержание основного вещества в форме органического катиона, 0,77 долей единицы.

Суспензию перемешивали в течение 1 часа и центрифугировали при скорости 5000 об/мин в течение 4 мин. Модифицированный наносиликат отмывали от избытка органических катионов путем двухкратного промывания дистиллированной водой и сушили при 105°С до постоянного веса.

Таким образом, диспергирование смектитовой глины в водном растворе солей натрия позволяет одновременно с получением суспензии наносиликата проводить его натриевую активацию на стандартном смесительном оборудовании, что приводит к повышению качества получаемого модифицированного наносиликата и снижению энергозатрат на его производство. Сушка получаемого наносиликата при температуре 100-120°С, в отличие от прототипа, где сушку проводят при температуре 60°С, позволяет получать неводную форму наносиликата. Наличие остаточной влаги в наносиликате по прототипу не позволяет наносиликату равномерно распределяться в полимерной матрице при получении нанокомпозитов. Применение модифицированного наносиликата по предлагаемому изобретению обеспечивает наилучшее взаимодействие наносиликатов с полимерными матрицами, что дает возможность существенного повышения механических свойств получаемых нанокомпозитов.

Похожие патенты RU2433954C1

название год авторы номер документа
ПОЛИМЕРНАЯ ПОЛИУРЕТАНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ И МНОГОСЛОЙНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ЕЕ ОСНОВЕ 2012
  • Бейдер Эдуард Яковлевич
  • Назаров Иван Александрович
  • Нестерова Татьяна Александровна
  • Битт Владимир Владимирович
  • Бычкова Ирина Ивановна
RU2494131C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ 2008
  • Бейдер Эдуард Яковлевич
  • Петрова Галина Николаевна
  • Туторский Игорь Александрович
  • Покидько Борис Владимирович
  • Битт Владимир Владимирович
  • Скляревская Наталья Михайловна
  • Волкова Татьяна Сергеевна
RU2398732C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОМОДИФИЦИРОВАННОГО ГЛИНОПОРОШКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2023
  • Семин Павел Викторович
  • Покидько Борис Владимирович
  • Теплов Александр Владиславович
  • Ветюгов Александр Вячеславович
RU2805707C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕМОДИФИЦИРОВАННОГО БЕНТОНИТА НА ОСНОВЕ МОНТМОРИЛЛОНИТА 2013
  • Штепа Сергей Вячеславович
  • Бахов Федор Николаевич
  • Скоробогатов Никита Валентинович
RU2520434C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГУСТИТЕЛЕЙ И ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ТАКИМ ОБРАЗОМ ЗАГУСТИТЕЛЕЙ В ОБЛАДАЮЩИХ ВЫСОКОЙ ВЯЗКОСТЬЮ КОМПОЗИЦИЯХ, СОДЕРЖАЩИХ НЕНАСЫЩЕННЫЙ СЛОЖНЫЙ ПОЛИЭФИР 2017
  • Дзивок Клаус
  • Кутель Хельмут
  • Брилль Роберт
RU2743714C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОМЕРНЫХ ОРГАНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ ГЛИН, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В НАНОКОМПОЗИТАХ 2009
  • Мусаев Юрий Исрафилович
  • Хаширова Светлана Юрьевна
  • Микитаев Абдуллах Казбулатович
  • Мусаева Элеонора Борисовна
  • Лигидов Мухамед Хусенович
RU2412113C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОГО БИОДЕГРАДИРУЕМОГО МАТЕРИАЛА 2016
  • Герасин Виктор Анатольевич
  • Харькова Елена Михайловна
  • Менделеев Дмитрий Иванович
  • Антипов Евгений Михайлович
  • Пирязев Алексей Андреевич
RU2658415C2
ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ЗАГУСТИТЕЛЕЙ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭТИХ ПОЛУЧЕННЫХ ЗАГУСТИТЕЛЕЙ В ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕВОДНЫХ СОСТАВАХ 2017
  • Дзивок, Клаус
  • Кутель, Хельмут
  • Брилль, Роберт
  • Нэш, Тайлер
RU2743351C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ОРГАНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ ГЛИН, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ МАТРИЦЫ ИЛИ НАПОЛНИТЕЛЯ В НАНОКОМПОЗИТАХ 2009
  • Мусаев Юрий Исрафилович
  • Хаширова Светлана Юрьевна
  • Микитаев Абдуллах Казбулатович
  • Мусаева Элеонора Борисовна
  • Лигидов Мухамед Хусенович
RU2417161C2
НАНОКОМПОЗИЦИОННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ БИОЦИДНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2017
  • Герасин Виктор Анатольевич
  • Сивов Николай Александрович
  • Меняшев Марат Равильевич
  • Куренков Виктор Владиславович
  • Яковлева Анна Викторовна
  • Сердюков Дмитрий Владимирович
RU2679804C1

Реферат патента 2011 года СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НАНОСИЛИКАТОВ

Изобретение относится к способам модифицирования слоистых наносиликатов, предназначенных для изготовления полимерных нанокомпозитов. Способ модифицирования включает диспергирование смектитовой глины в 1М водном растворе натриевой соли, отделение примесей, обработку полученного продукта соединением, содержащим органические катионы, количество которого рассчитывают по определенной формуле, выделение модифицированной глины, промывку и сушку при температуре 100-120°С. Технический результат - повышение качества модифицированных наносиликатов и снижение энергоемкости процесса.

Формула изобретения RU 2 433 954 C1

Способ модифицирования наносиликатов, включающий диспергирование смектитовой глины в растворителе, отделение примесей, обработку полученного продукта соединением, содержащим органические катионы, выделение, промывку и сушку модифицированного наносиликата, отличающийся тем, что диспергирование смектитовой глины проводят в 1 М водном растворе соли натрия, количество соединения, содержащего органические катионы, рассчитывают по формуле:

где mок - масса органического катиона в товарной форме, г; WC - содержание твердого вещества в суспензии наносиликата, г/л; VC - объем суспензии, л; КОЕ - катионная обменная емкость исходного сырья, мг-экв/100 г; MOK - молярная масса органического катиона, г/моль; WOK - массовое содержание основного вещества в форме органического катиона, доли единицы, а сушку проводят при температуре 100-120°С.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2433954C1

US 5110501 А, 05.05.1990
US 6730719 А, 04.05.2004
US 6828370 А, 07.12.2004
US 6172121 А, 09.01.2001
US 5576257 A, 19.11.1996
US 20060118002 A1, 08.06.2006
WO 2006011143 A2, 02.02.2006
СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ВВЕДЕНИЯ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА ТИПА EO/PO В БЕТОН, СОДЕРЖАЩИЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ ИЗ СМЕКТИТОВОЙ ГЛИНЫ, И ПРИСАДКА 1998
  • Джардин Лесли А.
  • Койата Хидео
  • Фоллиард Кевин Дж.
  • Оу Чиа-Чих
  • Якимович Фелек
  • Чун Бионг-Ва
  • Екнаворян Ара А.
  • Хилл Кристон Л.
RU2187479C2
ГЛИНА, СОДЕРЖАЩАЯ ЗАРЯД-КОМПЕНСИРУЮЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ИОНЫ, И НАНОКОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ТАКУЮ ГЛИНУ 2005
  • Винтерс Робин
  • Де Вос Сибе Корнелис
  • Схомакер Элвин
RU2375304C2
КОМПОЗИТ, СОДЕРЖАЩИЙ РАССЛОИВШУЮСЯ ГЛИНУ В САЖЕ, И ЕГО ПОЛУЧЕНИЕ 2004
  • Балиджепалли Судхакар
  • Симмонс Дэниел А.
  • Тан Хоусян
  • Граф Ирина В.Г.
  • Свини Джеффри Д.
  • Уилсон Триция Л.
  • Неме Майкл Й.
RU2353633C2

RU 2 433 954 C1

Авторы

Бейдер Эдуард Яковлевич

Петрова Галина Николаевна

Покидько Борис Владимирович

Битт Владимир Владимирович

Скляревская Наталья Михайловна

Даты

2011-11-20Публикация

2010-05-11Подача