月桂酸钠有机表面改性凹凸棒石

文章编号:1008-7524(2008)12-0007-04

月桂酸钠有机表面改性凹凸棒石Ξ

吴凤芹1,姚超1,张国庆1,李效棠2,刘建平3

(1.江苏工业学院分析测试中心,江苏常州213164;2.江苏省凹土工程技术研究中心,

江苏盱眙211700;3.江苏南大紫金科技集团有限公司,江苏常州213016)

摘要:采用化学沉淀法以偏铝酸钠为原料在凹凸棒石(AT)表面包覆氧化铝,然后用月桂酸钠对凹凸棒石进行有机表面改性。采用XRD、FTIR、TG-DTA、活化指数、接触角和分散性实验等对改性样品进行了表征。结果表明,氧化铝和月桂酸钠的适宜用量分别为:m(Al2O3):m(AT)=1.5∶10,m(C11H23COONa)∶m(AT)=1.5∶10。XRD表明氧化铝水合物以无定形结构包覆在凹凸棒石表面。FTIR表明月桂酸根以物理吸附的方式附着于凹凸棒石的表面。当m(C11H23COONa)∶m(AT)≤1.5∶10时,随着月桂酸钠用量的增加,凹凸棒石表面吸附月桂酸根的量逐渐增大,所得样品的活化指数和与水的接触角逐渐升高;当m(C17H35COONa)∶m(AT)≥1.5∶10时,月桂酸根已将凹凸棒石表面完全包覆。分散性实验表明,经月桂酸钠表面改性的凹凸棒石由亲水性变成了疏水性。

关键词:凹凸棒石;月桂酸钠;有机表面改性

中图分类号:TB383 文献标识码:A

0　引言

凹凸棒石(Attapulgite,A T)又名坡缕石,为具有一维纳米结构的含水富镁铝硅酸盐[1],化学成分以SiO2、MgO、Al2O3为主,在我国苏皖一带储量丰富、价格低廉,是一种晶体形状为棒状、纤维状、针状,晶体结构为2∶1型层链状黏土矿物。由于其特殊的结构而具有优越的流变性、吸附性、催化性、填充性和耐热性,已在石油钻井、脱色剂、催化剂、涂料、橡塑和耐热保温材料等领域得到广泛应用[2-5]。

凹凸棒石的表面呈极性,加入塑料、橡胶、化纤、溶剂型涂料等有机非极性体系中难以分散,不能体现纳米凹凸棒石的特殊功能。为改善凹凸棒石与有机体系的相容性和分散性,改进添加凹凸棒石复合体系的性能,必须对凹凸棒石进行有机表面改性。由于凹凸棒石表面含有大量硅羟基和带负电,通常用偶联剂或阳离子表面活性剂对其进行有机表面改性[6-10],但所用改性剂价格较高,使有机凹凸棒石生产成本增加。目前,采用价格低廉的阴离子表面活性剂对凹凸棒石进行改性的研究很少。本文采用化学沉淀法在凹凸棒石表面包覆氧化铝,然后再用月桂酸钠对凹凸棒石进行有机表面改性,并对改性前后样品进行了分析。1实验

1.1　实验原料

凹凸棒石(A T),偏铝酸钠(A.R.),醋酸(A. R.),月桂酸钠(C.P.),氯化钡(A.R.)。

1.2　仪器与分析表征

用D/Max2500PC型X射线衍射仪(日本Rigaku公司)测定产品的物相;用Zetasizer 3000HS型电位粒度分析仪(英国Malvern公司)测量凹凸棒石的等电点;用Harke-CA XL R-400型接触角测定仪(北京哈科试验仪器厂)测定改性前后凹凸棒石的界面接触角;用美国Nicolet 型傅立叶红外光谱仪表征凹凸棒石表面的红外光谱的变化;用SD T Q600热分析仪(美国TA公司)表征热分析。

1.3　实验方法

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Ξ收稿日期:2008-06-10

　基金项目:国家863项目(2007AA06Z118),江苏省支撑计划(No.BE2008032,No.BE2008033),江苏省教育厅项目(NO.

08K JD430011),常州市科技攻关(No.CE2007075,No.CE2008077)。

　作者简介:吴凤芹,(1967～)女,硕士,工程师,研究方向:纳米材料的制备和表面处理。通讯联系人:姚超,邮箱:yc518@。

将凹凸棒石配制成一定固含量的浆体,在75℃下,一边搅拌,一边向其中并流滴加0.5mol/L 的偏铝酸钠水溶液和1.0mol/L的稀硫酸,控制体系p H值为8～9。滴加结束后,搅拌30min,用0.2mol/L的稀醋酸调体系p H值为5左右,直接加入月桂酸钠水溶液,继续反应60min。抽滤,洗涤至滤液中无SO42-(用10%的氯化钡溶液检测),所得滤饼在110℃下干燥,研磨、粉碎即得改性样品。本文中凹凸棒石、氧化铝和月桂酸钠的质量分别用m(A T)、m(Al2O3)和m(C11H23COONa)表示。

2　实验结果与讨论

2.1　偏铝酸钠用量的确定

偏铝酸钠的用量以其水解所产生的氧化铝质量与凹凸棒石(A T)的质量比m(Al2O3)∶m(A T)来表示,通过改变m(Al2O3)∶m(A T)的大小,可得到不同包覆量的样品。凹凸棒石表面等电点与m(Al2O3)∶m(A T)的关系如表1所示。

表1凹凸棒石的等电点与

m(Al2O3)∶m(A T)的关系

m(Al2O3)∶m(AT)等电点

0 3.1

1∶50 4.7

1∶20 5.4

1∶10 6.9

1.5∶108.0

2.0∶108.0

由表1可见,纯凹凸棒石的等电点为3.1,随着偏铝酸钠用量的增加,凹凸棒石的等电点逐渐增大;当m(Al2O3)∶m(A T)=1∶10时,等电点为p H=6.9;当m(Al2O3)∶m(A T)=1.5∶10时,等电点为p H=8.0,接近氧化铝的等电点[11,12]。这说明当m(Al2O3)∶m(A T)=1.5∶10时,凹凸棒石表面的电性质与氧化铝基本一样,氧化铝已将凹凸棒石基本包覆。由此可得,氧化铝的适宜包覆量为m(Al2O3)∶m(A T)=1.5∶10左右。2.2　包铝前后凹凸棒石的XRD分析

图1为包铝前后凹凸棒石的XRD图谱

。

a-纯凹凸棒石;b-m(Al2O3)∶m(AT)=1.5∶10

图1纯凹凸棒石和表面包覆氧化铝的

凹凸棒石的XRD图谱

从图1看出,无机表面包覆后凹凸棒石的XRD图谱中并未出现新的衍射峰,说明凹凸棒石表面包覆的氧化铝水合物以无定形结构存在。

2.3月桂酸钠用量的确定

凹凸棒石经过有机改性后,表面包覆有机表面改性剂,表面由亲水性变为亲油疏水性。当表面张力大到一定程度时,有机改性后的粉体就会漂浮在水面上。凹凸棒石有机表面改性的效果可采用活化指数表征,活化指数为样品中漂浮部分质量占样品总质量的百分数,公式为[13]:

H=

M1

M

×100%

其中H为改性凹凸棒石的活化指数;M1代表漂浮在水面上粉体的质量;M代表总的粉体质量。改性效果越好,则漂浮在水面上的样品越多,活化指数就越高。

图2为m(C11H23COONa)∶m(A T)对活化指数的影响

。

图2m(C11H23COONa)∶m(A T)

对样品活化指数的影响

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