Спосіб одержання модифікованого монтморилоніту

Реферат: UA 80913 U UA 80913 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів змішування глин (шаруватих силікатів) з іншими матеріалами, та 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 R n+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 цетилтриметиламоній броміду на першому етапі, та біфункціональною аміновмісною сполукою, вибраною з групи диметиламіноетилметакрилат, N-метилдіетаноламін та трис(гідроксиметил)амінометан [4]. Найбільш близьким є спосіб одержання модифікованого монтморилоніту, за яким природній ММТ попередньо диспергують у воді, додають карбонат натрію (Nа 2СО3) одержану суміш перемішують за температури 90 °C протягом години і утворену суспензію обробляють розчином -3 олігоуретанамоній 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 [5]. Отриманий модифікуванням ОУАХ ММТ призначений для формування наноструктурованих композитів на основі полімерів, що мають в своєму складі полярні групи для отримання полімерних композитів з високими фізико-механічними показниками, але такий модифікований ММТ не утворює хімічних зв'язків з полімерною матрицею. Задачею запропонованої корисної моделі є одержання органічно модифікованого ММТ, що забезпечує значне підвищення міцності при введенні в поліуретанакрилати, за рахунок утворення як фізичних так і хімічних зв'язків між поліуретанакрилатною матрицею та поверхнею модифікованого ММТ. Поставлена задача вирішується тим, що за способом одержання органічно модифікованого ММТ обробкою природного ММТ органічним амоній галогенідом, згідно із запропонованою корисною моделлю, природній ММТ попередньо диспергують у воді, додають карбонат натрію (Nа2СО3) одержану суміш перемішують за температури 90 °C протягом години і утворену суспензію обробляють розчином олігоуретанметакрилатамоній хлориду (ОУМААХ), з -3 концентрацією 5·10 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 Асканського 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. за 80-90 °С. 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 [6] 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 300 мл розчину ОУМААХ з концентрацією 5·10 гр.екв./л. При цьому спостерігається коагуляція ММТ. Процес модифікування відбувається при кімнатній температурі протягом двох діб. Співвідношення ОУМААХ до ММТ відповідає значенню обмінної ємності ММТ Асканського родовища - 1,5 ммоль ОУМААХ на 1 грам ММТ. Осад модифікованого ММТ відфільтровували на паперовому фільтрі, промивали 20 мл ацетону, сушили добу у шафі за 60 °C та роздрібнювали спочатку в агатовій ступці, а далі в шаровому млині, внаслідок чого було одержано порошокбілого кольору. Вміст органічної складової модифікованого ММТ визначали термогравіметричним (ТГ) методом - нагріванням за температури 900 °C. Вміст органічної складової дорівнює 40 % і 1 UA 80913 U відповідає теоретичному вмісту, що розраховувався за обмінною ємністю ММТ Асканського родовища. В таблиці 1 наведено значення адсорбції ОУМААХ (ммоль/г) розрахований на основі його теоретичний вміст ОУМААХ та вміст ОУМААХ за даними ТГ аналізу. Таблиця 1 Вміст органічної складової ММТ модифікованого ОУМААХ Адсорбція модифікатора, ммоль/г 1,5 Теоретичний вміст модифікатора, мас. % 43 Вміст органічної складової за даними ТГ аналізу, % 40 5 10 З таблиці видно, що вміст органічної складової у модифікованому ОУМААХ ММТ складає 40 % і близький до теоретичного. ММТ модифікований ОУМААХ при вмісті 7 % мас. в полімерній матриці збільшує міцність поліуретанової матриці у 2,27 рази що значно перевищує аналогічний показник у випадку наповнення полімерної матриці відомим модифікованим ММТ [5].Фізико-механічні показники зразків вихідної полімерної матриці і нанокомпозиту з ММТ модифікованого ОУМААХ та полімерної матриці з відомим модифікованим ММТ представлені в таблиці 2. Таблиця 2 Фізико-механічні показники зразків вихідної полімерної матриці і нанокомпозиту Зразок Поліуретанметакрилат Поліуретанметакрилат з модифікованим ОУАХ ММТ [3] (7 % мас.) Поліуретанметакрилат з модифікованим ОУМААХ ММТ (7 % мас.) 15 20 25 30 35 40 , МПа 12,64 19,05 27,89 З таблиці видно, що при введенні ММТ модифікованого ОУМААХ у полімерну матрицю поліуретанакрилату в кількості 7 % мас. спостерігається збільшення міцності у 2,27 рази, а у відомого аналога у 1,51 рази. 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 bentonite-acrylate nanocomposite materials by UV-radiation curing. Journal of Material Science. 37 (2002) 4831-4838. 7 4. Патент 37346 Україна МПК В28С 3/00, С01С 1/18. 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. 7 5. Патент України МПК С07С 211/13 Олігоуретанамоній хлорид як поверхнево-активна речовина / Ю.В. Савельев, О.М Гончар // № 74739, Опубл. 12.11.2012, Бюл. № 21 (Найближчий аналог). 6. В.Н. Алексеев. Количественный анализ. - М.: Химия, 1972. - 282 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 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 за температури 90 °C протягом однієї години і утворену суспензію -3 обробляють розчином олігоуретанметакрилатамоній хлориду (ОУМААХ), з концентрацією 5·10 гр.екв./л, у співвідношенні, що відповідає обмінній ємності природного ММТ за кімнатної температури, протягом двох діб, з подальшою фільтрацією і висушуванням цільового продукту. 2 UA 80913 U Комп’ютерна верстка В. 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