Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ модифицирования наносиликатов

Классы МПК:C01B33/40 глины
C01B33/44 продукты, полученные из слоистых катионообменных силикатов путем ионного обмена с органическими соединениями, такими как аммонийные, фосфониевые или сульфониевые соединения или путем внедрения органических соединений, например глина с органическими включениями
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-05-11
публикация патента:

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.

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

способ модифицирования наносиликатов, патент № 2433954

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

способ модифицирования наносиликатов, патент № 2433954

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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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:

способ модифицирования наносиликатов, патент № 2433954

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.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2433954

patent-2433954.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C01B33/40 глины

Патенты РФ в классе C01B33/40:
нанодисперсные системы на основе глин и изоцианатов и полиуретановый нанокомпозит, полученный на их основе -  патент 2506225 (10.02.2014)
способ модификации полимерных материалов и способ получения ингибитора деструкции полимерных материалов -  патент 2440392 (20.01.2012)
процесс для синтеза частиц глины -  патент 2440295 (20.01.2012)
способ получения биоцида -  патент 2429857 (27.09.2011)
способ модифицирования глины -  патент 2404921 (27.11.2010)
грануляты из натуральных слоистых минералов и способ их получения -  патент 2378045 (10.01.2010)
способ утилизации отходов спиртового производства с получением кормопродукта -  патент 2261620 (10.10.2005)
реагент для коагуляции жидких отходов спиртового производства -  патент 2204591 (20.05.2003)
способ получения порошкообразного органофильного бентонита -  патент 2176983 (20.12.2001)
синтетические набухающие глинистые минералы -  патент 2163224 (20.02.2001)

Класс C01B33/44 продукты, полученные из слоистых катионообменных силикатов путем ионного обмена с органическими соединениями, такими как аммонийные, фосфониевые или сульфониевые соединения или путем внедрения органических соединений, например глина с органическими включениями

Патенты РФ в классе C01B33/44:
способ очистки немодифицированного бентонита на основе монтмориллонита -  патент 2520434 (27.06.2014)
способ получения органомодифицированного монтмориллонита с повышенной термической стабильностью (варианты) -  патент 2519174 (10.06.2014)
композиционный антифрикционный твердый смазочный материал -  патент 2444562 (10.03.2012)
способ получения эксфолиированного нанокомпозита -  патент 2443728 (27.02.2012)
способ модификации монтмориллонита -  патент 2430883 (10.10.2011)
способ получения полимерных органомодифицированных глин, используемых в качестве матрицы или наполнителя в нанокомпозитах -  патент 2417161 (27.04.2011)
способ получения нанокомпозиционных материалов для применения во многих областях техники -  патент 2412114 (20.02.2011)
способ получения мономерных органомодифицированных глин, используемых в нанокомпозитах -  патент 2412113 (20.02.2011)
способ получения органоглины -  патент 2380316 (27.01.2010)
глина, содержащая заряд-компенсирующие органические ионы, и нанокомпозиционные материалы, содержащие такую глину -  патент 2375304 (10.12.2009)

Наверх