203684. lajstromszámú szabadalom • Eljárás fokozott mértékben megnövelt duzzadóképességű organofil bentonitok előállítására
1 HU 203 684 B 2 A találmány tárgya eljárás fokozott mértékben megnövelt duzzadóképességű organofil bentonitok előállítására, amelyet azáltal ér el, hogy a hidrofil bentonit organofilizálását két kvatemer ammóniumvegyülettel végzi, amelyek egyike cetü-trimetü-ammónium-klorid, míg másik a dicetil-dimetil-ammónium-klorid. A találmány szerint az organofilizálást a két kvatemer ammóniumsó 100 g bentonitra számított 130- 150 mmól mennyiségével kell elvégezni, miközben a cetil-trimetil-ammónium-klorid és a dicetü-dimetüammónium-klorid mólaránya 4:1 -1:1, előnyösen 2:1. Az organofilizált agyagásványokat, s közülük is elsősorban az organofil bentonitokat az ipar számos területén alkalmazzák mint gélképzőket, ülepedésgátlókat és a folyékony szuszpenziók szerkezeti sajátosságait (szerkezetképzését), valamint Teológiai tulajdonságait befolyásoló komponenseket. Az organofilizált agyagásványok előállításában és felhasználási lehetőségeinek vizsgálatában úttörő és kiemelkedő munkásságot folytat közel négy évtizede JORDAN, akinek számos találmánya fűződik kutatásaihoz (pl. a 2521440 sz., és a 2951087 sz., és a 2966506 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírások). Ő volt az, aki felismerte, hogy a bentonitok organofilizálásával szerves folyadékokban kitűnően duzzadó és gélképzésre jól felhasználható anyagot lehet előállítani. Kidolgozta az organofilizálás eljárásait és megállapította, hogy erre a célra legkedvezőbben a kvatemer ónium-, és íniumionok használhatók, amelyekkel a montmorillonitkristály cserélhető pozícióban levő nátrium kationjai kicserélhetők, és az így nyert organofü bentonit - a beépült szerves csoportok következtében - jól duzzad szerves folyadékokban, pl. nitrobenzolban, benzolban stb. Az organofü bentonitok előáüítására irányuló kutatások során a szakirodaim szerint arra a megállapításra jutottak, hogy akkor legnagyobb a termék duzzadóképessége, ha az ioncserekapacitás mértékéig kicserélésre kerül a nátrium kation, s ezt 80- 100 mekv/100 g, azaz 80-100 mmól/100 g értéknek találták. A kutatások során a kvatemer ammóniumvegyületek széles körét vizsgálták, és legkedvezőbbnek azt találták, ha az ammóniumionnak legalább egy, de még inkább két hosszú szénláncú - legalább 10 szénatomos - alkilszubsztituense van. A 145884 sz. magyar szabadalmi leírás olyan előállítási eljárást ismertet, amelyben az organofilizáló iniumvegyület cetil-piridínium-klorid. Ennek az eljárásnak továbbfejlesztett változatát ismerteti a 154939 sz. magyar szabadalmi leírás, amely szerint előnyös, ha a cetü-piridínium-kloriddal organofilizált bentonitot sósavval kezelik, mert ekkor a szerves kationokkal még ki nem cserélt nátriumionok hidrogénionra cserélődnek ki, és javul a tennék organofilitása. Jordan legújabb kutatásai szerint (4 287 086 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás) igen nagy duzzadóképességű organofü bentonitot lehet előáüítani, ha organofüizálószerként 100 g bentonitra számított 100-120 mmól metU-benzü-dialkil-ammóniumiont alkalmaznak, ahol az alkücsoport szénatomszáma 16és 18. A kutatások elsősorban az előnyös gélképző tulajdonságok, vagyis a szerves folyadékokban való minél nagyobb duzzadóképesség elérésére irányultak, és az organofil bentonitok minőségének jeüemzésére célszerűen egy gyakorlati szempontból is fontos szerves közegben (pl. benzolban) mért üledéktérfogatot adják meg. Minél nagyobb az üledéktérfogat, annál nagyobb a duzzadóképesség és annál kedvezőbbek az organofü bentonit szerkezetképző, továbbá ülepedésgátló tulajdonságai. Ezen módszernél 0,1 cm3-es beosztással ellátott kémcsőbe bemérnek 10 cm3 benzolt, majd kis részletekben beleadagolnak 0,25 g légszáraz organofil bentonitot. A kémcsövet többszöri erőteljes összerázás után függőleges helyzetben 25 °C hőmérsékletű termosztátba helyezik, és egy hét elteltével leolvassák az üledéktérfogat nagyságát. Az üledéktérfogat-mérések átlagos hibája ±0,2 cm3. Az organofü bentonitok előáüítására irányuló kutatásaink során arra a felismerésre jutottunk, hogy a szakirodalom szerinti, 100 g bentonitra számított 100-120 mmól ammóniumionnal végzett ioncsere nem jelenti az üledéktérfogat maximumát, vagyis a legnagyobb duzzadóképességet. Megállapítottuk, hogy ha a bentonitot cetil-trimetil-ammóniumionnal organofüizáljuk, akkor az organofilizálószer növekvő mennyiségével előbb növekszik az üledéktérfogat, majd maximumot ér el és csökken. Az üledéktérfogat maximális értékét (4,4 cm3) az organofilizálószer 150 mmól értékénél találjuk 100 g bentonitra számítva. (1. táblázat). Abban az esetben, ha az organofilizálást nem egy, hanem két hosszú szénláncot tartalmazó kvatemer óniumionnal, pl. dicetil-dimetil-ammóniumionnal végezzük, akkor az üledéktérfogat ugyancsak maximumgörbe szerint változik, de a maximum értéke az organofüizálószer kisebb mennyiségénél, 120 mmól/100 g értéknél jelentkezik, és ugyanakkor lényegesen nagyobb az üledéktérfogat is (7,1 cm3). A méréssorozat adatait az 1. táblázat tartalmazza. További kutatásaink arra irányultak, hogyan lehetne tovább növelni az organofü bentonitok duzzadóképességét és ezáltal javítani felhasználásuk gazdaságosságát. Kutatásaink során felismertük, hogy az egy hosszú alkilcsoportot tartalmazó ammóniumionok esetében adott felületi borítottság eléréséhez nagyobb anyagmennyiség szükséges, mint a két hosszú alkücsoportot tartalmazó ammóniumionok esetében és ugyanakkor ez utóbbiak - a sokkal nagyobb moláris felületigény miatt - nem tudják a montmoriüonitrács cserélhető pozícióiban elhelyezkedő összes nátriumiont kicserélni. Ezért a bentonitrészecskék felületén hidrofü részek maradnak és az organofü bentonit organofilitása nem teljes. Ha azonban az egy és két hosszú alkücsoportot tartalmazó organofilizálószert - a cetü-trimetü-ammónium-kloridot és a dicetü-dimetil-ammónium-kloridot - a hidrofü bentonit fajlagos felülete és felületi tőltéssűrűsége által megkívánt mennyiségben és mól5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
