一种氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，属于纳米粘土改性领域。首先将水滑石和去离子水加入三口烧瓶，加热至100℃，搅拌使其形成乳浊液，然后将氨基磺酸溶解于去离子水中形成澄清溶液，再将溶液缓慢滴入到上述乳浊液中，利用氨基磺酸与水滑石的层间碳酸根反应从而使氨基磺酸根取代碳酸根进入层间。本发明的目的是将含硫氮等阻燃元素的阻燃剂阴离子通过正负电荷作用力进入到到水滑石层间，得到一种新型的阻燃阴离子插层改性的水滑石，可与多种树脂基体共混，在全面提高水滑石阻燃性能的同时，还可提高其在树脂基体中的分散性和相容性。
【专利说明】一种氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水滑石层间阴离子改性领域，具体涉及一种氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法。
【背景技术】
[0002]自1842年前后在瑞典发现天然存在的层状粘土矿物之一水滑石类化合物Mg6Al2(OH)16CO3.4Η20 (LDHs)以来，因其具有层间客体阴离护种类及数量的可调控性、层间离子的可交换性、粒径尺寸及分布的可调控性、高热稳定性、酸碱性及由MgO6八面体相互共棱，层间通过氢键形成的层状结构，使其在工业催化、生物医药、环境保护、电子材料、纳米复合材料、阻燃材料等领域获得了广泛应用并显示出良好的前景。[0003]1942年,Feitknecht等通过共沉淀方法人工合成出了 LDHs,并提出双层结构模型的设想。1969年，Allmann通过单晶结构测定，确定了 LDHs的层状结构。20世纪70~80年代，LDHs及其焙烧产物在催化剂方面的应用得到了广泛研究。近年来，插层LDHs功能材料的制备化学取得了很大进展，Chen等采用共沉淀法制备SDS改性水滑石，然后通过原位聚合制备PMA/OZnAl-LDH纳米复合材；Francis等采用共沉淀法制备了 SDBS改性水滑石，进一步熔融复合制备得到了改性水滑石/PE-g-MAH/LDPE纳米复合材料。利用LDHs结构的多样性，以多种插层组装方法将功能性客体插入层间，通过改变插层组装条件调节其性能，可开发出许多功能超分子插层LDHs材料。
[0004]氨基磺酸NH2SO3H,中含阻燃元素N、S，而且由于酸性较强可以与LDHs的层间C032_反应从而进入LDHs层板之间。NH2SOf进入LDHs层间后，由于N可以形成氢键，有助于提高LDHs在大分子中的相容性，同时提高其阻燃性和热稳定性性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是在于制备一种氨基磺酸根插层改性水滑石，将富含氮硫阻燃元素的阻燃剂通过化学反应插入到水滑石层间，全面提高水滑石阻燃性能的同时，提高其在树脂基体中的分散性和相容性。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征包括以下步骤:首先将水滑石和去离子水加入三口烧瓶，加热并用磁力搅拌使其形成乳浊液，然后将氨基磺酸溶解于去离子水中形成澄清溶液，再将溶液缓慢滴入到上述乳浊液中，利用氨基磺酸与水滑石的层间碳酸根反应从而使氨基磺酸根取代碳酸根进入层间。待反应结束后，过滤并用去离子水谁清洗，干燥。
[0008]本发明步骤所述的氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征在于所用的水滑石化学式为Mg6Al2(OH)16CO3.4H20,即为镁铝水滑石。
[0009]本发明步骤所述的氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征在于将5-30质量份水滑石和50-300体积份去离子水混合后，加热到80-100°C，磁力搅拌转速为30-50r/s，持续20min形成乳浊液，之后降温至40_50°C。
[0010]本发明步骤所述的氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征在于用20质量份和60质量份去离子水配制氨基磺酸溶液，往往乳浊液中持续加氨基磺酸溶液直至不再产生气泡。控制pH在3.5-4.5。
[0011]本发明步骤所述的氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征在于体系在三口烧瓶中反应时间为2-2.5h，反应温度为40-50°C，磁力搅拌转速为30-50r/s。
[0012]本发明步骤所述的氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征在于过滤时所用微孔滤膜孔径为0.3-0.6 μ m，滤纸为常规滤纸。
[0013]本发明步骤所述的氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征在于产物用真空烘箱在40-50°C下干燥10-20h。
[0014]本发明制备了一种全新的层间改性水滑石，将富含氮硫阻燃元素的阻燃剂氨基磺酸插层到水滑石层间，工艺简单，原料易得，制备量大，转化率高，可以作为一种新型的高分子阻燃添加剂。
[0015]实际应用中，本发明制备的改性水滑石可与多种树脂基体共混，从而得到纳米复合材料。改性水滑石可以很好的提高基体树脂材料的阻燃性能及力学性能，同时改善原始水滑石在树脂基体中分散性、相容性差的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例提供的一种改性水滑石与原始水滑石的红外对比图；
[0017]图2是本发明实施例提供的一种改性水滑石与原始水滑石的XRD对比图
[0018]图3是本发明实施例提供的`一种改性水滑石与原始水滑石的热重分析对比图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例，对本发明技术方案进行较为详尽的说明。
[0020]实施例1:
[0021 ] (I) IOg水滑石加入到装有250ml三口烧瓶，加100mL去离子水，80°C下搅拌20min。待其形成乳浊状后，降温至40°C。将IOg氨基磺酸与30ml去离子水充分混合形成氨基磺酸澄清溶液，在将其缓慢滴入三口烧瓶中，待溶液中不在产生气体后控制PH在
3.5-4.5，用磁力搅拌器在30r/s的搅拌，反应2h后，过滤并在40°C下用真空烘箱烘12h得到氨基磺酸根插层的改性水滑石。
[0022]对改性水滑石与水滑石进行红外分析，相比而言，改性后的水滑石在1371.7cm-1*碳酸根的峰消失了，在1222.3、1129.9、1055.6cm_1处出现S=O的特征峰，809.6cm_1处出现S-O伸缩振动特征峰，同时在3320.4,3268.2cm^处分别出现了 -NH2的反对称伸缩振动峰、对称伸缩振动峰，同时层板的Mg-O-Al伸缩、弯曲振动峰在780、68001^均都出现，说明层板结构依然在。以上可说明，氨基磺酸根成功取代了碳酸根。
[0023]为了进一步验证对改性水滑石和改性水滑石进行XRD分析，由图中可以看到M-LDH的(003)、(006)晶面衍射峰与LDH相比，均向低角度移动，其中(003)衍射峰的2 Θ角由11.57°移至9.66，相应的经过布拉格方程计算的d (003)值由0.76变为0.91 ;110峰基本未变，说明其层板结构未受破坏。这也可以说明氨基磺酸根成功取代了碳酸根，并且扩大了层间距。
[0024]再进一步验证，对水滑石和改性水滑石进行热重分析，可以看到改性水滑石的热分解分为2段，第一阶段为氨气和氮气的脱出，第二阶段为二氧化硫的脱出。很明显，改性后的水滑石热稳定性高于未改性的水滑石。
[0025]实施例2:
[0026]IOg水滑石加入到装有250ml三口烧瓶，加100mL去离子水，80°C下搅拌20min。待其形成乳浊状后，降温至50°C。将IOg氨基磺酸与30ml去离子水充分混合形成氨基磺酸澄清溶液，在将其缓慢滴入三口烧瓶中，待溶液中不在产生气体后控制pH在3.5-4.5，用磁力搅拌器在30r/s的搅拌，反应2h后，过滤并在40°C下用真空烘箱烘12h得到氨基磺酸根插层的改性水滑石。
[0027]实施例3:
[0028]IOg水滑石加入到装有250ml三口烧瓶，加100mL去离子水，80°C下搅拌20min。待其形成乳浊状后，降温至50°C。将IOg氨基磺酸与30ml去离子水充分混合形成氨基磺酸澄清溶液，在将其缓慢滴入三口烧瓶中，待溶液中不在产生气体后控制pH在3.5-4.5，用磁力搅拌器在30r/s的搅拌，反应2.5h后，过滤并在40°C下用真空烘箱烘12h得到氨基磺酸根插层的改性水滑石。
[0029]实施例4:
[0030]20g水滑石加入到装有250ml三口烧瓶，加200ml去离子水，80°C下搅拌20min。待其形成乳浊状后，降温至40°C。将20g氨基磺酸与30ml去离子水充分混合形成氨基磺酸澄清溶液，在将其缓慢滴入三口烧瓶中，待溶液中不在产生气体后控制pH在3.5-4.5，用磁力搅拌器在30r/s的搅拌，反应2h后，过滤并在40°C下用真空烘箱烘12h得到氨基磺酸根插层的改性水滑石。
`[0031]实施例5:
[0032]20g水滑石加入到装有250ml三口烧瓶，加100mL去离子水，80°C下搅拌20min。待其形成乳浊状后，降温至50°C。将20g氨基磺酸与30ml去离子水充分混合形成氨基磺酸澄清溶液，在将其缓慢滴入三口烧瓶中，待溶液中不在产生气体后控制pH在3.5-4.5，用磁力搅拌器在30r/s的搅拌，反应2.5h后，过滤并在40°C下用真空烘箱烘12h得到氨基磺酸根插层的改性水滑石。
【权利要求】
1.一种氨基磺酸根插层改性水滑石，其特征在于:将氨基磺酸阻燃剂通过化学反应插层到碳水滑石层间。
2.一种氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征包括以下步骤:首先将水滑石和去离子水加入三口烧瓶，加热并用磁力搅拌使其形成乳浊液，然后将氨基磺酸溶解于去离子水中形成澄清溶液，再将溶液缓慢滴入到上述乳浊液中，利用氨基磺酸与水滑石的层间碳酸根反应从而使氨基磺酸根取代碳酸根进入层间。待反应结束后，过滤并用去离子水谁清洗，干燥。
3.根据权利要求2所述的氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征在于所用的水滑石化学式为Mg6Al2 (OH) 16C03.4H20,即为镁铝水滑石。
4.根据权利要求2所述的氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征在于将5-30质量份水滑石和200-300体积份去离子水混合后，加热到80-100°C，磁力搅拌转速为30-50r/s，持续20min形成乳浊液，之后降温至40_50°C。
5.根据权利要求2所述的氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征在于用20质量份和100质量份去离子水配制氨基磺酸溶液，往往乳浊液中持续加氨基磺酸溶液直至不再产生气泡。控制pH在3.5-4.5。
6.根据权利要求2所述的氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征在于体系在三口烧瓶中反应时间为2-2.5h，反应温度为40-50°C，磁力搅拌转速为30-50r/s。
7.根据权利要求2所述的氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征在于过滤时所用微孔滤膜孔径为0.3-0.6 μ m，滤纸为常规滤纸。
8.根据权利要求2所述的氨基磺酸根插层改性水滑石及其制备方法，其特征在于产物用真空烘箱在40-50°C下干燥`10-20h。
【文档编号】C09C3/08GK103865296SQ201410066881
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】张胜, 江玉, 谷晓昱, 扈中武, 赵静然 申请人:北京化工大学