Спосіб одержання органічно модифікованого монтморилоніту

Реферат: UA 74740 U UA 74740 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способу змішування глин (шаруватих силікатів) з іншими матеріалами, призначена для застосування в хімії високомолекулярних сполук для створення нанокомпозитів з високими експлуатаційними властивостями. Нанокомпозити типу полімер-монтморилоніт (ММТ) є новим типом матеріалів поліфункціонального призначення з підвищеною міцністю [1]. Такі матеріали отримують змішуванням ММТ з полімером [2]. Монтморилоніт зазвичай перетворюють у гідрофобний матеріал адсорбцією гідрофобізуючих речовин на поверхні шарів ММТ, шляхом іонного обміну + міжплощинних катіонів з онієвими катіонами загальної структури Rn+1E X (R - органічний радикал, Е - елемент V-VII групи, X=Hal, ОН) [3]. Відомий спосіб одержання органічно модифікованого шаруватого силікату шляхом обробки Na-форми ММТ алкіламоній галогенідом із застосуванням цетилтриметиламонію броміду на першому етапі та біфункціональною аміновмісною сполукою, вибраною з групи диметиламіноетилметакрилат, N-метилдіетаноламін та трис(гідроксиметил)амінометан [4]. Найбільш близьким є спосіб одержання модифікованих шаруватих силікатів, за яким ММТ обробляють водним розчином гексадецил[цетил]триметиламонію броміду (ЦТАБ), з -6 3 -6 3 -3 концентрацією 65 × 10 м , що містить 10 м концентрованої соляної кислоти (3,9 × 10 моль). MMТ додають до цього розчину при перемішуванні. Білий осад, що утворився, відфільтровували та диспергували у гарячій воді механічним перемішуванням. Кінцевий осад було висушено у шафі для одержання органофільного ММТ здатного до значного підвищення міцності неполярних полімерів, але недостатньо збільшує міцність полімерних нанокомпозитів на основі полярних полімерів [3]. Задачею запропонованої корисної моделі є створення способу одержання органічно модифікованого ММТ, що забезпечує значне підвищення міцності при введенні в полярні полімери, зокрема поліуретан, за рахунок утворення міцних фізичних зв'язків між поліуретановою матрицею та поверхнею модифікованого ММТ. Поставлена задача вирішується тим, що за способом одержання органічно модифікованого ММТ обробкою природного ММТ органічним амонійгалогенідом, згідно із запропонованою корисною моделлю, природній ММТ попередньо диспергують у воді, додають карбонат натрію (Na2CО3) одержану суміш перемішують при температурі 90 °C протягом години і утворену -3 суспензію обробляють розчином олігоуретанамонію хлориду (ОУАХ), з концентрацією 3-10 гр екв./л, у співвідношенні, що відповідає обмінній ємності природного ММТ при кімнатній температурі, протягом двох діб, з подальшою фільтрацією і висушуванням цільового продукту. Суть способу пояснюється таким прикладом. Приклад. Як ММТ використовують ММТ Деканського родовища з обмінною ємністю 1,5 ммоль/г. 50 г природного ММТ диспергували в 1000 мл дистильованої води в 1000 мл склянці при інтенсивному перемішуванні 5 хв. Далі в одержану суспензію додавали 2,5 г карбонату натрію і при інтенсивному перемішуванні протягом 1 год. при 80-90 °C. В 100 мл одержаної суспензії Na-MMT додавали 500 мл дистильованої води, гарно перемішували і переносили в ємкості центрифуги (об'ємом 100 мл) та протягом 10 хв. центрифугували при швидкості 10000 об./хв., декантували верхній шар води, додавали 50 мл дистильованої води, перемішували та знову центрифугували. Цикл центрифугування-промивка повторювали чотири рази. Кислотно-лужним титруванням визначали вміст карбонату натрію, який повинен складати менше 0,0001 моль/л. Ваговим методом шляхом висушування суспензії Na-MMT до постійної маси визначали вміст сухої речовини в суспензії, який складав від 3,3 4,3 % (мас.), вміст карбонату натрію, визначений кислотно-лужним титруванням [5], складав менше 0,0001 моль/л. В 1000 мл склянку поміщали 29,67 г суспензії Na-MMT (з вмістом сухої речовини 3,37 % -3 мас.). До суспензії Na-MMT, додаємо 500 мл розчину ОУАХ з концентрацією 3·10 гр екв./л. При цьому спостерігається коагуляція ММТ. Процес модифікування відбувається при кімнатній температурі протягом двох діб. Співвідношення ОУАХ до ММТ відповідає значенню обмінної ємності ММТ Асканського родовища - 1,5 ммоль ОУАХ на 1 грам ММТ. Осад модифікованого ММТ відфільтровували на паперовому фільтрі, промивали 20 мл ацетону, сушили добу у шафі при 60 °C та роздрібнювали спочатку в агатовій ступці, а далі в шаровому млині, внаслідок чого було одержано порошок білого кольору. Вміст органічної складової модифікованого ММТ визначали термогравіметричним (ТГ) методом - нагріванням при температурі 900 °C. Вміст органічної складової дорівнює 40 % і відповідає теоретичному вмісту, що розраховувався за обмінною ємністю ММТ Асканського родовища. В таблиці 1 наведено значення адсорбції ОУАХ (ммоль/г) розрахований на основі його теоретичного вмісту ОУАХ та вмісту ОУАХ за даними ТГ аналізу. 1 UA 74740 U Таблиця 1 Вміст органічної складової ММТ модифікованого ОУАХ Адсорбція модифікатора, ммоль/г 1,5 5 Теоретичний вміст модифікатора, мас. % 42 Вміст органічної складової за даними ТГ аналізу, % 40 З таблиці видно, що вміст органічної складової у модифікованому ОУАХ ММТ складає 40 % і близький до теоретичного. ММТ модифікований ОУАХ при малому вмісті в полімерній матриці (0,5 % мас.) збільшує міцність поліуретанової матриці на 43 %, що значно перевищує аналогічні показники відомих прикладів [2].Фізико-механічні показники зразків вихідної полімерної матриці і нанокомпозиту з ММТ модифікованого ОУАХ та полімерної матриці з відомим модифікованим ММТ представлені в таблиці 2. 10 Таблиця 2 Фізико-механічні показники зразків вихідної полімерної матриці і нанокомпозиту Зразок Поліуретан [2] Поліуретан з ММТ модифікованим ЦТАБ (1 % мас.) [2] Поліуретансечовина Поліуретансечовина з ММТ модифікованим ОУАХ (0,5 % мас.) σ, МПа 29,3 34,7 105,5 151 lзал., мм 651,8 632,7 400 121,6 З таблиці видно, що при введенні ММТ модифікованого ОУАХ у полімерну матрицю поліуретансечовини в кількості 0,5 % мас. спостерігається збільшення міцності на 43 %, а у відомого аналога на 18,4 %. 15 20 25 30 Джерела інформації: [1]. Sankaraiah Subramani, Sung-Wook Choi, Jun-Young Lee, Jung Hyun Kim. Aqueous dispersion of novel silylated (polyurethane-acrylic hybrid/clay) nanocomposite / Polymer 48 (2007) 4691-4703. [2]. Byung Kyu Kim, Jang Won Seo, Han Mo Jeong. Morphology and properties of waterborne polyurethane/clay nanocomposites / European Polymer Journal 39 (2003) 85-91. [3]. M.Alexadre and P.Dubois. Polymer-layered silicate nanocomposites: preparation, properties and uses of a new class of materials / Material Science En. 28 (2000) 1-15. C. Decker, K. Zahouily, L. Keller, S. Benfarhi, T. Bendaikha. Ultrafast sunthesis of bentoniteacrylate nanocomposite materials by UV-radiation curing. Journal of Material Science. 37 (2002) 4831-4838. (Прототип) 7 [4]. Патент 37346 Україна МПК В28 С 3/00, С 01 С/18. Спосіб одержання органічно модифікованого шаруватого силікату / Ю.В. Савельев, О.М. Гончар, В.І. Литвяков, В.Г. Сєров-№ 200807684; заявл. 26.06.2008. друк. 25.11.08. Бюл. № 22-4 с. [5]. В.Н. Алексеев. Количественный анализ. - М.: Химия, 1972.-282 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб одержання органічно модифікованого монтморилоніту обробкою природного монтморилоніту органічним амонійгалогенідом, який відрізняється тим, що природний монтморилоніт попередньо диспергують у воді, додають карбонат натрію (Na2CO3), одержану суміш перемішують при температурі 90 C протягом однієї години і утворену суспензію -3 обробляють розчином олігоуретанамонію хлориду (ОУАХ), з концентрацією 3·10 гр екв./л, у співвідношенні, що відповідає обмінній ємності природного ММТ при кімнатній температурі, протягом двох діб, з подальшою фільтрацією і висушуванням цільового продукту. 2 UA 74740 U Комп’ютерна верстка M. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3