TW201512094A

TW201512094A - 剝層雲母使用溶膠凝膠水解縮合完成化學改質的製備方法

Info

Publication number: TW201512094A
Application number: TW102134671A
Authority: TW
Inventors: Yi-Ting Lai; Zheng-Wei Xu
Original assignee: Taiwan Dsc Pv Corp
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-04-01
Also published as: CN104512898A; CN104512898B; TWI519473B

Abstract

本發明係一種利用經過高度離子置換後之雲母，於酸性溶液可完全分散的特性，使用溶膠凝膠法完成雲母化學改質的製備方法。將雲母粉末與鹼性溶劑混合在高溫高壓環境下進行離子置換步驟；將離子置換完成的雲母過濾收集以去離子水清洗過後，再將雲母置於去離子水溶液中；將PH值調整至PH小於6以下，雲母完成剝層並完全分散於水溶液中，此時水溶液程現完全透明狀態；直接使用此雲母水溶液進行溶膠凝膠反應以將有機分子插層於雲母之間，溶膠凝膠反應結束後，再將反應物的PH值調整至PH大於7，此時已完成有機表面改質與插層的雲母析出，將析出的雲母過濾清洗最後烘乾可得到產物。本發明利用混合鹼鹼性溶液於高溫高壓環境下製得的雲母可在PH小於6以下的水溶液中剝離並完全分散，有利於溶膠凝膠法對雲母進行有機表面改質與插層，針對不同的市場應用使用不同官能基的化合物對雲母表面與層間進行改質，可增加雲母的市場泛用性與競爭力。

Description

剝層雲母使用溶膠凝膠水解縮合完成化學改質的製備方法

本發明係關於化學改質雲母的製備方法，特別係關於一種經過高度離子置換後之雲母，於酸性溶液中剝離且完全分散後使用溶膠凝膠水解縮合法，完成雲母化學改質的製備方法。

習知許多文獻及研究指出利用水熱法或融熔鹽法來對雲母進行層間陽離子置換，可致使雲母層間的鍵結力減弱，一般研究使用硝酸鋰或氫氧化鈉當做離子置換劑。硝酸鋰因為其價格高，且硝酸鋰與雲母的離子置換溫度高以及反應時間長等缺失，因而氫氧化鈉較為經常使用，其反應較為快速且氫氧化鈉的價格亦較便宜。

台灣發明專利公告第I312338號「一種可在酸中膨潤之雲母製法」乃揭露使用80wt%以上的氫氧化鈉及氫氧化鋰鹼性溶液，搭配20wt%以下其他鹼性物質，在一般大氣壓下對雲母進行離子擴散，以獲得可在酸中膨潤性雲母。然而該習知專利所製得的雲母大多未經過有機改質，與一般有機物親合性較差，雲母在應用時有分散性不佳的問題。

本發明發明人有鑑於習知技藝的缺失，乃亟思發明改良而發明出剝層雲母使用溶膠凝膠水解縮合完成化學改質的製備方法，本發明的製備方法所製造的雲母，因利用其在酸性水溶液下具有可剝層且完全分散的特性，直接在酸性環境下進行溶膠凝膠法對雲母層間與表面進行化學改質，化學改質製程方便簡單，有助於脫層且經化學改質的雲母在市場上的應用與泛用性。

本發明之主要目的係提供一種製程簡單且可獲得已剝層並完成化學改質的雲母。

為了達到本發明上述發明目的，本發明提供一種剝層雲母使用溶膠凝膠水解縮合完成化學改質的製備方法，包括以下步驟：(a)原料混合步驟：將粉末狀的雲母與金屬鹼性溶劑一起加入於壓力鍋中，其中該粉末狀的雲母在該金屬鹼性溶劑的重量比例為5~95%；(b)加壓加熱反應步驟：將裝有該粉末狀的雲母與該金屬鹼性溶劑的該壓力鍋加熱攪拌至110℃~280℃，且該壓力鍋的鍋爐壓係為100psi~1000psi，以及該粉末狀的雲母與該金屬鹼性溶劑的離子交換時間係為30分鐘~24小時；(c)過濾清洗步驟：將完成步驟(b)後的該雲母過濾，並直接以去離子水沖洗該雲母以去除過多的該金屬鹼性溶劑；(d)酸化分散步驟：將完成步驟(c)後的該雲母加入雲母重量1~50倍的去離子水溶液中，並直接加入鹽酸、硝酸、醋酸、硫酸或其他可作為溶膠凝膠法催化劑的酸性溶劑，將PH值調至小於PH 6後，此時該雲母係完全分散於該去離子水溶液中並呈現完全透明狀態；(e)溶膠凝膠反應步驟：將PH值持續調整至PH 2後緩慢加入預進行溶膠凝膠反應的化合物重量比為1~200%，劇烈攪拌30分鐘~24小時；(f)酸鹼中和析出步驟：將完成步驟(e)後的反應溶劑PH值調整到PH7~PH8左右，並將剝離且完成化學改質的該雲母析出；(g)產物烘乾收集步驟：過濾收集該步驟(f)析出後的固體狀該雲母，並利用去離子水與酒精清洗該固體狀雲母，以及將該固體狀雲母於100℃烘乾後得出化學改質的雲母產物。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

10‧‧‧製備方法

101~107‧‧‧步驟

第1圖顯示本發明的剝層雲母使用溶膠凝膠水解縮合完成化學改質的製備方法的流程圖。

請參見本發明第1圖，本發明的剝層雲母使用溶膠凝膠水解縮合完成化學改質的製備方法10，乃包括步驟(101)~(107)，茲分別說明如下內文。步驟(101)係為原料混合步驟，步驟(101)係將粉末狀的雲母與金屬鹼性溶劑一起加入於壓力鍋中，其中粉末狀的雲母在金屬鹼性溶劑的重量比例為5~95%。在步驟(101)中，將粉末狀的雲母、氫氧化鈉與氫氧化鋰，混合鹼性溶劑一起加入壓力鍋中，雲母在氫氧化鈉與氫氧化鋰混合鹼性溶劑的重量比例為5~95%。

所述金屬鹼性溶劑的具體範例可採行氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銣、氫氧化銫、氫氧化鋇或其混合物。所述金屬鹼性溶劑的配置例如係以重量百分比記，其中所述金屬鹼性溶劑對水的重量百分比為5%~95%。所述雲母係為白雲母、絹雲母、有色雲母、氟雲母或葉蠟石。

步驟(102)係為加壓加熱反應步驟，步驟(102)係將裝有粉末狀的雲母與金屬鹼性溶劑的壓力鍋加熱攪拌至110℃~280℃，且壓力鍋的鍋爐壓係為100psi~1000psi，以及粉末狀的雲母與金屬鹼性溶劑的離子交換時間係為30分鐘~24小時。當完成步驟(101)後，便進行步驟(102)，在步驟(102) 中，將裝有(粉末狀)雲母與金屬鹼性溶劑的壓力鍋，加熱攪拌至110℃~280℃，而壓力鍋的鍋爐壓力要維持在100psi~1000psi，此時在壓力鍋中(粉末狀)雲母與金屬鹼性溶劑進行離子交換，其離子交換時間為30分鐘~24小時。

所述壓力鍋係可採行耐強酸強鹼之壓力斧或耐強酸強鹼之壓力鍋。步驟(102)的加壓步驟係可於所述壓力斧或所述壓力鍋中完成。

步驟(103)係過濾清洗步驟，步驟(103)係將完成步驟(102)後的雲母過濾，並直接以去離子水沖洗雲母以去除過多的金屬鹼性溶劑。在步驟(103)中，結束離子交換時間後，再將雲母過濾並直接以去離子水沖洗雲母，以去除餘留在雲母過多的金屬鹼性溶劑。再者，步驟(103)可利用抽氣過濾進行固液分離，以進行雲母之過濾與脫水。

步驟(104)係酸化分散步驟，步驟(104)係將完成步驟(103)後的雲母加入雲母重量1~50倍的去離子水溶液中，並直接加入鹽酸、硝酸、醋酸、硫酸或其他可作為溶膠凝膠法催化劑的酸性溶劑，將PH值調至小於PH 6後，此時雲母係完全分散於該去離子水溶液中並呈現完全透明狀態。在步驟(104)中，將已完成過濾清洗的雲母加入於雲母重量1~50倍的去離子水溶液中，並直接加入例如為硝酸，來作為溶膠凝膠法催化劑，用來將PH值調至小於PH 6，當PH值調至小於PH 6後，此時的雲母乃完全分散於去離子水溶液中，並且呈現完全透明狀態。

步驟(105)係溶膠凝膠反應步驟，步驟(105)係將PH值持續調整至PH 2後，緩慢加入預進行溶膠凝膠反應的化合物重量比為1~200%，劇烈攪拌30分鐘~24小時。在步驟(105)中，持續將步驟(104)的PH值調整至2後，緩慢加入例如3-氨基丙基三甲氧基硅烷，以進行溶膠凝膠反應，3-氨基丙基三甲氧基硅烷的化合物重量比為1~200%，並且劇烈攪拌30分鐘~24小時。

在步驟(105)所採用的化合物，可選擇採用矽烷化合物，或是可與該雲母進行水解縮合反應的化合物。

步驟(106)係酸鹼中和析出步驟，步驟(106)係將完成步驟(105)後的反應溶劑PH值調整到PH 7~PH 8左右，並將剝離且完成化學改質的雲母析出。在步驟(106)中，將完成步驟(105)後的反應溶劑其PH值調整PH 7~PH 8左右，並將剝離且完成化學改質的雲母析出。

步驟(107)係產物烘乾收集步驟，步驟(107)係過濾收集步驟(106)析出後的固體狀的該雲母，並利用去離子水與酒精清洗固體狀雲母，以及將固體狀雲母於100℃烘乾後得出化學改質的雲母產物。在步驟(107)中，過濾收集呈固體狀的雲母，並利用去離子水與酒精清洗呈固體狀的雲母，以及將呈固體狀的雲母於100℃烘乾，烘乾後便得出化學改質的雲母產物。

經由本發明所製得的雲母，因其化學改質後雲母帶有與樹酯親合性的官能基，加上雲母剝層後比表面積上升的原因，通過本發明製得的剝層化學改質雲母，乃可應用於聚酯、環氧、PBT、聚醯胺、碳酸酯等熱塑性和熱固性樹脂的填充物，能夠大幅度提高塑料的機械強度與電氣性能，此即本發明顯著進步所在。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧製備方法

101~107‧‧‧步驟

Claims

一種剝層雲母使用溶膠凝膠水解縮合完成化學改質的製備方法，包括以下步驟：(a)原料混合步驟：將粉末狀的雲母與金屬鹼性溶劑一起加入於壓力鍋中，其中該粉末狀的雲母在該金屬鹼性溶劑的重量比例為5~95%；(b)加壓加熱反應步驟：將裝有該粉末狀的雲母與該金屬鹼性溶劑的該壓力鍋加熱攪拌至110℃~280℃，且該壓力鍋的鍋爐壓係為100psi~1000psi，以及該粉末狀的雲母與該金屬鹼性溶劑的離子交換時間係為30分鐘~24小時；(c)過濾清洗步驟：將完成步驟(b)後的該雲母過濾，並直接以去離子水沖洗該雲母以去除過多的該金屬鹼性溶劑；(d)酸化分散步驟：將完成步驟(c)後的該雲母加入於該雲母重量1~50倍的去離子水溶液中，並直接加入鹽酸、硝酸、醋酸、硫酸或其他可作為溶膠凝膠法催化劑的酸性溶劑，將PH值調至小於PH 6後，此時該雲母係完全分散於該去離子水溶液中並呈現完全透明狀態；(e)溶膠凝膠反應步驟：將PH值持續調整至PH 2後緩慢加入預進行溶膠凝膠反應的化合物重量比為1~200%，劇烈攪拌30分鐘~24小時；(f)酸鹼中和析出步驟：將完成步驟(e)後的反應溶劑PH值調整到PH 7~PH 8左右，並將剝離且完成化學改質的該雲母析出；(g)產物烘乾收集步驟：過濾收集該步驟(f)析出後的固體狀該雲母，並利用去離子水與酒精清洗該固體狀雲母，以及將該固體狀雲母於100℃烘乾後得出化學改質的雲母產物。
如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中該步驟(a)的該雲母，係為白雲母、絹雲母、有色雲母、氟雲母或葉蠟石。
如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中該步驟(a)的該金屬鹼性溶劑係為氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銣、氫氧化銫、氫氧化鋇或其混合物。
如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中該步驟(a)的該金屬鹼性溶劑的配置係以重量百分比記，其中該金屬鹼性溶劑對水的重量百分比為5%~95%。
如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中該步驟(b)的加壓步驟，係可於耐強酸強鹼之壓力斧或壓力鍋中完成。
如申請專利範圍第1項所述製備方法，其中該步驟(c)，係利用抽氣過濾進行固液分離，以進行該雲母之過濾與脫水。
如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中該步驟(d)的酸化分散步驟，係可於水或係其它可進行溶膠凝膠反應的溶劑中進行。
如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中該步驟(e)的溶膠凝膠反應步驟調整PH值所使用的酸，係為鹽酸、硝酸、醋酸、硫酸或其他可作為溶膠凝膠法催化劑的酸性溶劑。
如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中該步驟(g)中使用的化合物，係為矽烷化合物或可與該雲母進行水解縮合反應的化合物。
如申請專利範圍第1項所述的製備方法，其中該步驟(a)~該步驟(g)的化學改質，係於水解縮合反應中完成。