專利名稱：一種超細(xì)改性高嶺土的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高嶺土超細(xì)化及表面改性領(lǐng)域，具體涉及一種超細(xì)改性高嶺土的制備方法，該制備方法制備的超細(xì)改性高嶺土尤其適用于橡塑材料和油性涂料。
背景技術(shù)：
高嶺土是一種重要的非金屬礦物，被廣泛應(yīng)用于油漆、涂料、造紙、橡膠、塑料、電纜、陶瓷、搪瓷、耐火材料、紡織、水泥、汽車、化學(xué)、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。高嶺土的主要成分是高嶺石，其晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:單元層結(jié)構(gòu)由兩層組成，一層_Si_0_四面體層和一層_A1_(O, 0H)-八面體層連接而成。聞嶺土單兀晶層，一面為OH層，一面為O層，而-OH鍵具有強(qiáng)的極性，晶層與晶層之間容易形成氫鍵，這些結(jié)構(gòu)單元層間靠氫鍵連接成重疊的層狀堆疊，從此也就形成了高嶺石的片狀結(jié)構(gòu)。晶層之間連接緊密，晶層間距僅為0.72納米，故高嶺土的分散度較低且性能比較穩(wěn)定，幾乎無(wú)晶格取代現(xiàn)象。我們可以通過(guò)將高嶺石層與層之間剝離來(lái)獲得粒徑較小的高嶺土甚至超細(xì)高嶺土。超細(xì)高嶺土作為化工添加材料，用于造紙、塑料及油漆行業(yè)，可顯著提高產(chǎn)品的檔次，增加產(chǎn)品的附加值。高嶺土是近幾年開發(fā)的一種新型橡塑制品填充劑，可提高橡塑產(chǎn)品的物理化學(xué)性能，有明顯的補(bǔ)強(qiáng)性、電絕緣性等；高嶺土用在油性涂料起充填骨架作用，具有高度分散能力,化學(xué)穩(wěn)定性,耐腐,耐火,耐擦洗等性能。由于高嶺土是一種親水疏油的非金屬礦物,其與橡塑材料、油性涂料并不相容，因此需對(duì)其進(jìn)行表面改性，使其親油疏水，改善其在橡塑材料或油性涂料中的分散性，從而提高高嶺土 /橡塑復(fù)合材料或油性涂料的性能。現(xiàn)有制備超細(xì)高嶺土的方法主要是機(jī)械法，該法是用各種超微粉碎機(jī)將原料直接研磨粉碎成超微粉，超微粉碎機(jī)有球磨機(jī)、高能球磨機(jī)、行星磨、塔式粉碎機(jī)和氣流磨等，這種方法工藝簡(jiǎn)單，制備效率高，但其并不能將高嶺土進(jìn)一步細(xì)磨至納米級(jí)別，而且過(guò)度研磨會(huì)破壞高嶺土的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其產(chǎn)品性能不佳。還有一種制備超細(xì)高嶺土的方法是在化學(xué)插層過(guò)程中通過(guò)濕法研磨的方式使插層劑插入到高嶺土片層，但這種方法控制性較差，也容易破壞高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)，插層率還有待提高；另外現(xiàn)有技術(shù)中用于橡塑材料或油性涂料的高嶺土一般在作為添加材料前只做表面改性處理，沒有做超細(xì)化處理，也就是說(shuō)高嶺土的超細(xì)化處理和改性處理相脫離，因此造成高嶺土與橡塑材料或油性涂料的相容性不高。為此，如何設(shè)計(jì)一種插層率高、對(duì)高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)影響小、剝片效果好的超細(xì)改性高嶺土的制備方法成為本發(fā)明研究的課題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種超細(xì)改性高嶺土的制備方法，主要解決了目前制備超細(xì)高嶺土的方法中控制性較差、容易破壞高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)、插層率不高以及超細(xì)化處理和改性處理相脫離的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種超細(xì)改性高嶺土的制備方法，依次由下列步驟組成:
第一步，將經(jīng)過(guò)選礦后的高嶺土粉體與尿素按質(zhì)量比為1: 0.3 I稱取，然后將二者在開放的容器中混合均勻得到混合物，待混合物充分吸收空氣中的水分后備用；
第二步，對(duì)第一步中制得的混合物在密閉環(huán)境中加熱，使混合物在7(T120°C條件下反應(yīng)12 48小時(shí)，使尿素分子插入高嶺土片層之間，制得高嶺土-尿素插層復(fù)合物，插層率介于 80% 98% ；
第三步，將第二步中的高嶺土 -尿素插層復(fù)合物放置于球磨機(jī)中，再加入一定量分散劑和水，進(jìn)行濕法研磨2 4小時(shí)，研磨后高嶺土被剝片，尿素溶于水中，高嶺土顆粒度的-2微米含量在90%以上，其中，分散劑選自六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉、水玻璃中的任意一種或兩種以上按任意比例的混合物，高嶺土、分散劑與水的質(zhì)量比為1:0.001 0.005:5 10 ；再進(jìn)行抽濾脫水，得到高嶺土泥餅；
第四步，將第三步中的高嶺土泥餅放置在攪拌器中，先加入水將高嶺土泥餅化漿成礦漿；再向礦漿中加入硅烷偶聯(lián)劑，在50 80°C條件下攪拌I 2小時(shí)后，高嶺土和硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，高嶺土實(shí)現(xiàn)表面改性，其中，高嶺土、硅烷偶聯(lián)劑與水的質(zhì)量比為1:0.005 0.02:20 ;再對(duì)改性高嶺土抽濾脫水，殘留尿素被洗脫；
第五步，將第四步中的改性高嶺土烘干，然后研磨制得超細(xì)改性高嶺土成品。上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下:1、上述方案中，所述開放的容器指的是該容器為非封閉式容器，放置在其內(nèi)的物品能夠與空氣接觸。2、上述方案中，-2微米含量指的是粉體中顆粒度小于2微米的粒徑的含量，以質(zhì)
量百分率(％)來(lái)記。
`
3、上述方案中，所述第五步中烘干后，研磨的時(shí)間不用太長(zhǎng)，只要該步中的高嶺土不成塊狀而是變得松散細(xì)碎即可停止研磨。本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思是:高嶺土是片層結(jié)構(gòu)，用比較小的分子，如尿素進(jìn)到層間，使層間距變大，而層間是依靠氫鍵接合，通過(guò)插層，使層間的作用力減小，高嶺土容易被剝片。本發(fā)明一種超細(xì)改性高嶺土的制備方法，總體設(shè)計(jì)構(gòu)思是用尿素作為插層劑，直接與高嶺土混合，在一定溫度一定時(shí)間下發(fā)生插層反應(yīng)，再濕法球磨剝片，并去除部分尿素，然后在攪拌器中用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行濕法表面改性，最后烘干，稍加研磨制成成品。技術(shù)方案由五步組成:第一步，將高嶺土與尿素按一定比例稱取，并在開放的容器中混合均勻得到混合物，由于尿素吸濕性較強(qiáng)，混合物能夠充分吸收空氣中的水分；第二步，將第一步中的混合物干法加熱，以進(jìn)行插層反應(yīng)，尿素分子插入高嶺土片層之間，由于沒有進(jìn)行研磨使得插層過(guò)程容易控制，不會(huì)影響高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)；第三步，剝片，洗脫，此時(shí)高嶺土顆粒度的-2微米含量在90%以上；第四步，用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)制得的超細(xì)高嶺土進(jìn)行改性處理，使高嶺土能夠親油疏水；第五步，烘干得到超細(xì)改性高嶺土成品。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果:1、本發(fā)明利用尿素作為高嶺土插層劑，與其他插層劑相比尿素比較便宜，該方法的成本低；在插層過(guò)程中無(wú)需加水及研磨，而是通過(guò)干法加熱的方式使尿素小分子插入高嶺土片層，該方法控制性強(qiáng)，插層效率高，插層率最高可達(dá)98%。2、本發(fā)明采用先插層再通過(guò)濕法球磨輔助剝片的方法實(shí)現(xiàn)高嶺土的超細(xì)化，對(duì)高嶺土晶體結(jié)構(gòu)影響小，剝片效果好，高嶺土顆粒度的-2微米含量在90%以上。3、本發(fā)明在制備超細(xì)高嶺土的同時(shí)完成了高嶺土的表面改性，簡(jiǎn)化了高嶺土深加工工藝，提高了生產(chǎn)效率并節(jié)約了成本，使制備出的超細(xì)改性高嶺土特別適用于橡塑材料和油性涂料，增強(qiáng)了高嶺土與橡塑材料以及油性涂料基體的相容性和結(jié)合力，提高了高嶺土的分散性，從而改善了橡塑材料和油性涂料的物理性能。
附圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的高嶺土產(chǎn)品的XRD圖譜；
附圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的高嶺土 -尿素插層復(fù)合物的XRD圖譜；
附圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的高嶺土 -尿素插層復(fù)合物的XRD圖譜；
附圖4為本發(fā)明實(shí)施例三的高嶺土 -尿素插層復(fù)合物的XRD圖譜；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
實(shí)施例一:一種超細(xì)改性高嶺土的制備方法 依次由下列步驟組成:
第一步，分別稱取中國(guó)高嶺土有限公司高嶺土粉體(牌號(hào)為RF0)產(chǎn)品50g、尿素50g，然后將二者在非密閉的旋渦混合器中混合均勻得到混合物，待混合物充分吸收空氣中的水分后備用；
第二步，對(duì)第一步中制得的混合物在密閉環(huán)境中加熱，使混合物在120°C條件下反應(yīng)48小時(shí)，使尿素分子插入高嶺土片層之間，制得高嶺土 -尿素插層復(fù)合物，插層率達(dá)到98%。根據(jù)附圖1和附圖2所示的X射線衍射圖譜得知，未插層時(shí)高嶺土 001面衍射峰
2Θ ^ 12.30°，層間距dOOl = 0.74nm。當(dāng)尿素插層時(shí)，其001面衍射峰向小角度偏移至29^8.20°，層間距dOOl =1.08nm。高嶺土層間距增大表明尿素分子已經(jīng)插入到高嶺土層間。根據(jù)插層反應(yīng)程度公式:IRs=Ii(001)/(Ik(001)+Ii(001))，計(jì)算得出此時(shí)插層率，IRs為插層率，Ii (001)為新的001面衍射峰強(qiáng)度，Ik(OOl)為原001面衍射峰強(qiáng)度。第三步，將第二步中的高嶺土-尿素插層復(fù)合物放置于球磨機(jī)中，再加入六偏磷酸鈉0.05g，聚丙烯酸鈉0.05g，水玻璃0.15g，水500mL，進(jìn)行濕法研磨4小時(shí)，研磨后高嶺土被剝片，尿素溶于水中，高嶺土顆粒度的-2微米含量在95% ;再進(jìn)行抽濾脫水，得到高嶺土泥餅。第四步，將第三步中的高嶺土泥餅放置在攪拌器中，先加入水將高嶺土泥餅化漿成礦漿；再向礦漿中加入硅烷偶聯(lián)劑(產(chǎn)品牌號(hào)為KH570)lg，水IOOOmL,在80°C條件下攪拌2小時(shí)后，聞嶺土和娃燒偶聯(lián)劑發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，聞嶺土實(shí)現(xiàn)表面改性，其中，聞嶺土、娃燒偶聯(lián)劑與水的質(zhì)量比為1:0.02:20 ;再對(duì)改性高嶺土抽濾脫水，殘留尿素被洗脫。第五步，將第四步中的改性高嶺土在80°C下烘干6小時(shí)，然后研磨制得超細(xì)改性高嶺土成品。改性效果表征采用表面潤(rùn)濕法，得到滲透時(shí)間(浸潤(rùn)液:水)在20分鐘以上，表明超細(xì)改性高嶺土親油疏水，見表I所示: 表I RFO和超細(xì)改性高嶺土性能比較
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)改性高嶺土的制備方法，其特征在于:依次由下列步驟組成: 第一步，將經(jīng)過(guò)選礦處理后的高嶺土粉體與尿素按質(zhì)量比為1: 0.3 I稱取，然后將二者在開放的容器中通過(guò)攪拌混合均勻并且在混合過(guò)程中充分吸收空氣中的水分，從而得到混合物； 第二步，對(duì)第一步中制得的混合物在密閉環(huán)境中加熱，使混合物在7(T120°C條件下反應(yīng)12 48小時(shí)，使尿素分子插入高嶺土片層之間，制得高嶺土-尿素插層復(fù)合物，插層率介于 80% 98% ； 第三步，將第二步中的高嶺土-尿素插層復(fù)合物放置于球磨機(jī)中，再加入分散劑和水，進(jìn)行濕法研磨2 4小時(shí)，研磨使高嶺土被剝片，尿素溶于水中，高嶺土顆粒度的-2微米含量在90%以上，其中，分散劑選自六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉、水玻璃中的任意一種或兩種以上按任意比例的混合物，高嶺土、分散劑與水的質(zhì)量比為1:0.001 0.005:5 10 ;再進(jìn)行抽濾脫水，得到高嶺土泥餅； 第四步，將第三步中的高嶺土泥餅放置在攪拌器中，先加入水將高嶺土泥餅化漿成礦漿；再向礦漿中加入硅烷偶聯(lián)劑，在50 80°C條件下攪拌I 2小時(shí)后，高嶺土和硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，高嶺土實(shí)現(xiàn)表面改性，其中，高嶺土、硅烷偶聯(lián)劑與水的質(zhì)量比為1:0.005 0.02:20 ;再對(duì)改性高嶺土抽濾脫水，殘留尿素被洗脫； 第五步，將第四步中的改性高嶺土`烘干，然后研磨制得超細(xì)改性高嶺土成品。
全文摘要
一種超細(xì)改性高嶺土的制備方法，其特征在于由下列步驟組成第一步，將高嶺土粉體與尿素在開放的容器中混合均勻并充分吸收空氣中的水分得到混合物；第二步，加熱混合物，使其在70~120℃條件下反應(yīng)，制得高嶺土-尿素插層復(fù)合物，插層率介于80%～98%；第三步，將復(fù)合物置于球磨機(jī)中，加入一定量分散劑和水，進(jìn)行濕法研磨，研磨后高嶺土-2微米含量在90%以上；抽濾脫水得高嶺土泥餅；第四步，向高嶺土泥餅中加入一定量硅烷偶聯(lián)劑和水，在50～80℃條件下攪拌，發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)改性；第五步，烘干改性高嶺土，制得超細(xì)改性高嶺土成品。本發(fā)明插層率高、對(duì)高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)影響小、剝片效果好，制得的超細(xì)改性高嶺土特別適用于橡塑材料和油性涂料。
文檔編號(hào)C01B33/44GK103073012SQ20131002731
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者李青, 陳麗昆, 張忠飛, 馮杰, 申益蘭, 陸慧, 張飛, 文斐, 鄧毅超 申請(qǐng)人:中國(guó)高嶺土有限公司