Để tổng hợp sét hữu cơ, người ta thường dùng hai phương pháp sau:
Phương pháp ướt: Là phương pháp trao đổi giữa cation hữu cơ với bentonit
đã hoạt hóa trong môi trường nước. Giữa các lớp sét là lực liên kết yếu Van der Waals, sự liên kết các lớp sét với nhau rất kém nên các phân tử khác có thể dễ dàng xen vào khoảng giữa các lớp sét.
Có ba phương pháp điều chế sét hữu cơ trên cơ sở phương pháp ướt.
Phương pháp khu ch tán trong môi trường nước
Phương pháp này dựa trên sự khuếch tán của các chất hữu cơ và bentonit trong môi trường nước. Sự khuếch tán được thực hiện nhờ khuấy liên tục hỗn hợp bentonit và các tác nhân hữu cơ trong môi trường nước ở điều kiện (nhiệt độ, pH, tỉ lệ hữu cơ/sét,..) nhất định. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, thực hiện dễ dàng và chi phí thấp do đó được sử dụng phổ biến nhất ở Việt Nam cũng như trên thế giới.
Trong luận văn này, phương pháp chúng tôi lựa chọn phương pháp khuếch tán trong môi trường nước để thực hiện phản ứng trao đổi cation.
Phương pháp ò vi sóng
Dựa trên nguyên tắc sử dụng vi sóng tác dụng lên hỗn hợp phản ứng và được thực hiện trong lò vi sóng. Ưu điểm của phương pháp này là thời gian phản ứng ngắn hơn, hiệu suất phản ứng cao hơn so với phương pháp khuếch tán do tập trung năng lượng trong quá trình điều chế sét hữu cơ. Tuy nhiên do chi phí lớn về thiết bị, năng lượng và hạn chế về công suất nên phương pháp này ít được sử dụng rộng rãi.
Phương pháp thủy nhi t
Quá trình điều chế sét hữu cơ được thực hiện trong thiết bị thủy nhiệt, thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Phương pháp thủy nhiệt có nhiều ưu điểm: cho phép điều chế sản phẩm có tính đồng nhất cao, thành phần hóa học được điều chỉnh một cách dễ dàng hoặc điều chỉnh tính chất của sản phẩm thông qua điều chỉnh các điều kiện phản ứng như: pH, nhiệt độ, nồng độ, tốc độ, thời gian của sự thủy phân,...
Một số chất biến tính bentonit theo cơ chế trao đổi ion
Chất đầu tiên là amino axit được dùng để biến tính MMT trong công nghệ chế tạo vật liệu nanocompozit đã được đưa ra bởi các nhà nghiên cứu của hãng Toyota để chế tạo nanocompozit poliamit-6, nhưng phổ biến nhất là ion ankyl amoni do chúng có khả năng trao đổi dễ dàng với các ion nằm giữa các lớp sét.
Ion ankyl amoni: chỉ sử dụng ion ankyl amoni có ít nhất 4 nguyên tử cacbon,
các ion tạo bởi các ankyl bậc 1 trong môi trường axit (công thức hoá học chung là: CH3 - (CH2)n - NH3+, trong đó n từ 1 ÷ 18). Độ dài của ion amoni tạo ra tính bền của vật liệu nanocompozit.
Muối photphoni: khả năng trao đổi với muối photphoni của MMT phụ thuộc
nhiều vào cấu tạo gốc R. Các gốc R có cấu tạo càng cồng kềnh thì khả năng trao đổi thấp nhưng giá trị d001 của sét càng tăng và khả năng khuếch tán sét trong polime tăng lên. Bằng phản ứng trao đổi, các cation photphoni bậc 4 (hexađecyltributyl photphoni, tetraphenyl photphoni, metyltriphenyl photphoni, etyl và propyltriphenyl photphoni) đã xen vào lớp giữa của MMT [17].
Một số phương pháp biến tính khác
Ngoài phương pháp trao đổi ion, người ta còn có thể dùng một số chất hoạt động bề mặt để biến tính sét mà tiêu biểu trong số đó là hợp chất silan.
Silan thường được sử dụng trong chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở polieste không no và khoáng sét. Silan là các monome silicon hữu cơ được đặc trưng bởi công thức hoá học R–SiX3. Trong đó, R là nhóm chức hữu cơ được gắn vào Si, X là nhóm có thể bị thuỷ phân tạo thành nhóm silanol. Silan trước tiên được chuyển thành các hợp chất silanol bằng phản ứng thuỷ phân. Sau đó silanol phản ứng với các nhóm OH gắn vào nguyên tử Si hoặc Al trên bề mặt sét tạo thành các liên kết oxan và liên kết hiđro.
Một số chất bi n tính sét khác có thể được sử dụng trực tiếp để tổng hợp vật
liệu polime-nanocompozit vì các chất này có thể hoặc tham gia trực tiếp vào phản ứng trùng hợp hoặc xúc tác phản ứng trùng hợp. Ví dụ: khi tổng hợp vật liệu polime- nanocompozit trên cơ sở polistiren và khoáng sét, người ta có thể sử dụng amino metyl stiren hoặc LFRP (chất khơi mào phản ứng trùng hợp gốc tự do sống) làm chất biến tính cho sét.
Phương pháp khô
Các phân tử chất hữu cơ có thể được chèn vào giữa các lớp sét khô bởi phản ứng ở trạng thái rắn. Các cation có thể duy trì sự tiếp xúc với một lớp sét, nghĩa là các nguyên tử oxi của bề mặt silicat chiếm cứ các vị trí phối trí của các cation [7].
Thực tế, người ta ít áp dụng phương pháp khô để sản xuất sét hữu cơ vì mức độ hấp phụ thay thế bằng các cation hữu cơ chỉ đạt được giá trị cực đại là 80% trên bề mặt lớp sét [8].