Способ получения органоглины

Способ получения органоглины

Реферат

Изобретение относится к области получения органомодифицированных слоистых алюмосиликатов, которые могут быть использованы в производстве мастик и клеев для автомобилей; как наполнитель полимеров для повышения термостойкости и термостабильности, для повышения долговечности потребительских составов, для повышения седиментационной устойчивости различных систем, как высокоэффективная добавка для увеличения прочности цементного камня, в качестве адсорбента для очистки сточных вод от анионных красителей и ПАВ и т.д.

Слоистые силикаты обладают весьма специфическими свойствами - резким падением прочности при увлажнении, разжижением при динамических воздействиях, набуханием при обводнении и усадкой при высушивании. Гидрофильность алюмосиликатов является причиной их несовместимости с органическими полимерами.

Для решения этой проблемы проводят модификацию алюмосиликатов путем замещения неорганических катионов внутри прослоек глины органическими катионами. Замещение катионными поверхностно-активными веществами, такими как объемные аммоний- и фосфоний-ионы, увеличивает пространство между слоями, уменьшает поверхностную энергию глины и придает поверхности глины гидрофобный характер. Модифицированные вышеуказанным путем глины лучше совмещаются с полимерами и обладают оптимизированными технико-экономическими свойствами [А.О.Третьяков «Полимерные нанокомпозиты - материалы XXI века». Оборудование и инструмент для профессионалов № 02(37), 2003 г.]. Наряду с ионными органическими модификаторами глин могут быть использованы неионные модификаторы, которые связываются с поверхностью глины за счет водородных связей. В некоторых случаях органоглины, полученные с использованием неионных модификаторов оказываются более химически стабильными, чем органоглины, полученные с использованием катионных модификаторов [Y.-H. Shen. Chemosphere, 2001; 44:989-995].

В качестве модификаторов, улучшающих гидрофобные свойства глин, широкое распространение получили азотсодержащие соединения жирного ряда: диоктадецилдиметиаммоний бромид; 1,2-аминолауриновая кислота; бутилтриметиламмоний хлорид; октилтриметиламмоний хлорид; додецилтриметиламмоний хлорид; бензилдиметилгексадециламмоний хлорид; бензилдиметилоктадециламмоний хлорид. Способы модификации Na-формы бентонита описаны в работах [Vaia R.A., Teukolsky R.K., Giannelis E.P., Interlayer structure and molecular environment ofalkylammonium layered silicates//Ghem. Mater, 1994. V.6. P.1017-1026; Микитаев А.К., Каладжян А.А., Леднев О.Б., Микитаев М.А. Нанокомпозитные полимерные материалы на основе органоглин // Пластич. массы. 2004. № 12. С.45-50].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является использование в качестве модификатора натриевой формы бентонитовой глины гуанидинсодержащей соли винильного ряда - метакрилата гуанидина [Патент РФ № 2331470, Бюл. № 23 от 20.08.2008].

Способ получения органомодифицированного бентонита заключается в том, что используется заранее подготовленная натриевая форма бентонитовой глины Герпегежского месторождения Кабардино-Балкарской республики (нальчикит), которую модифицируют гуанидинсодержащей мономерной солью, способной к дальнейшей полимеризации в слоях и на поверхности глины.

Реакцию органомодификации бентонита проводят следующим образом

В суспензию натриевого бентонита в воде, приготовленную перемешиванием на магнитной мешалке в течение 30 минут, добавляют гуанидинсодержащую соль - метакрилат гуанидина и перемешивают еще 2 часа при комнатной температуре. Соотношение бентонитовой глины и гуанидинового соединения (25-50):(50-75) мас.%.

Полученную органоглину промывают водой многократной декантацией и высушивают при комнатной температуре 24 часа.

Недостатком данного метода получения органоглин является необходимость предварительного синтеза модификатора и перевод исходной глины в натриевую форму, что увеличивает длительность процесса и усложняет технологию получения органоглины.

Задача, решаемая изобретением, - получение органоглин с использованием природного бентонита и выпускаемых промышленностью азотсодержащих солей, упрощение процесса подготовки исходных соединений.

Технический результат достигается за счет применения в качестве модификатора глин азотсодержащих солей, выпускаемых промышленностью, отсутствия необходимости предварительного синтеза органомодификатора, возможности использования низко- и среднекачественного природного бентонита. Формулы и названия предлагаемых для органомодификации соединений:

(H₂N)₂C=NH×HCl - гуанидингидрохлорид

(H₂N)₂C=NH×Н₂СО₃ - гуанидинкарбонат

(H₂N)₂C=NH×H₂SO₄ - гуанидинсульфат

Эффективность обработки бентонитовой глины гуанидинсодержащими солями, определяемую увеличением межслоевого пространства, контролировали по данным рентгеновской дифрактометрии на автоматизированном дифрактометре ДРОН-6 (36 кВ, 20 мА, λСuК_α, графитовый монохроматор на вторичном пучке, съемка по Бреггу-Брентано в интервале углов 20 от 1 до 30°, шаг 0,05°, скорость сканирования 1 град/мин). Увеличение базального пространства между криемнийкислородными слоями монтмориллонита после их обработки гуанидинсодержащими солями определяли по сдвигу рефлекса (001) в сторону меньших углов θ (см. чертеж).

Способ получения органоглины осуществляется следующим образом.

Пример 1

В водную суспензию природного монтмориллонита добавляют гуанидинсодержащую соль в концентрации 10% от массы глины и перемешивают 2 часа. Полученную органоглину отфильтровывают, промывают дистиллированной водой многократной декантацией и высушивают при комнатной температуре.

Пример 2

В водную суспензию природного монтмориллонита добавляют гуанидинсодержащую соль в концентрации 15% от массы глины и перемешивают 2 часа. Полученную органоглину отфильтровывают, промывают дистиллированной водой многократной декантацией и высушивают при комнатной температуре.

Расчеты из пункта 1 показали, что у исходной бентонитовой глины межслоевое расстояние составляет 1,2 нм, тогда как у модифицированной глины 14-15 нм.

В качестве модификаторов природной бентонитовой глины могут использоваться также смеси солей гуанидина с солями органических кислот, например метакрилат гуанидина, акрилат гуанидина и др., во всем интервале составов.

Способ получения органоглины, включающий обработку природного монтмориллонита гуанидинсодержащими солями, отличающийся тем, что обработку ведут при перемешивании водной суспензии природного монтмориллонита с солью, выбранной из ряда: гуанидингидрохлорид, гуанидинкарбонат, гуанидинсульфат, при соотношении компонентов, мас.%: монтмориллонит - 85-90, гуанидинсодержащая соль - 10-15, затем полученную органоглину отделяют, промывают водой и высушивают.