專利名稱：一種凹凸棒黏土無機凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凹凸棒黏土無機凝膠的制備方法，屬于非金屬礦深加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
礦物無機凝膠是一種是由硅、鎂、鋁和鈉等無機元素組成的層鏈狀及架狀結(jié)構(gòu)的特種硅酸鹽膠體類產(chǎn)品。因其在水中有較強的膨脹能力，并能把有益的流變性質(zhì)帶到含水體系中而廣泛應(yīng)用于精細化工、日化、醫(yī)藥和石油等行業(yè)，作為觸變劑、增稠劑、分散劑、懸浮劑和穩(wěn)定劑等使用。
目前，礦物無機凝膠主要是以高純度膨潤土為原料深加工的產(chǎn)品或人工合成的產(chǎn)品。如美國R. T.范德比爾特公司生產(chǎn)的Veegum-T、Vangel和Magnabrite系列產(chǎn)品；英國Laporte公司生產(chǎn)的Laponite產(chǎn)品；國內(nèi)浙江豐虹黏土化工有限公司生產(chǎn)的SM系列，安吉縣永虹膨潤土廠生產(chǎn)的ES系列以及安吉宇宏黏土化工有限公司生產(chǎn)的YH系列膨潤土無機凝膠等。礦物無機凝膠具有產(chǎn)品附加值高等優(yōu)點，國外產(chǎn)品價格高達3000-7000美元/噸，國內(nèi)產(chǎn)品也在5000-20000元/噸。凹凸棒黏土是一種以凹凸棒石為主要組分具有特殊棒狀纖維品體結(jié)構(gòu)的含水富鎂鋁硅酸鹽礦物。凹凸棒黏土的纖維狀晶體結(jié)構(gòu)有利于形成纖維網(wǎng)格，其晶體表面的高電位有利于水化，Al3+和Mg2+之間的異價類質(zhì)同象置換的廣泛存在有利于產(chǎn)生活性表面位置而增強水化性能。因此，它可在水溶液中形成非牛頓液體類型的觸變性凝膠。與其他黏土相比，凹凸棒黏土具有更加優(yōu)良的膠體性能，在相當?shù)偷臐舛认录纯尚纬筛唣ざ鹊膽腋∫?，干燥后收縮率較小，特別是凹凸棒石膠體懸浮液受電解質(zhì)影響較小，即使在飽和鹽水中仍能夠保持較好的膠體性能，是較理想的無機凝膠材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種工藝簡單，產(chǎn)品性能好，易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的凹凸棒黏土無機凝膠的制備方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下方案來實現(xiàn)我們將凹凸棒黏土制成懸浮液，然后與磷酸鹽反應(yīng)，再與鎂鹽反應(yīng)，經(jīng)離心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土無機凝膠。一種凹凸棒黏土無機凝膠的制備方法，其特征在于依次通過下列步驟來制備A凹凸棒黏土懸浮液的制備在攪拌狀態(tài)下，將凹凸棒黏土加入水中，制成濃度在5-20wt%的懸浮液；B凹凸棒黏土與磷酸鹽反應(yīng)在攪拌狀態(tài)下，在凹凸棒黏土懸浮液中加入磷酸鹽，在50-80°C下反應(yīng)I 4小時；C凝膠化反應(yīng)在攪拌狀態(tài)下，在上述體系中加入鎂鹽，繼續(xù)反應(yīng)2-4小時，冷卻后經(jīng)離心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土無機凝膠。磷酸鹽為磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、六偏磷酸鈉中的任一種或一種以上。
磷酸鹽加入量為凹凸棒黏土干料重量的2% 10%。鎂鹽為氧化鎂、氫氧化鎂、硫酸鎂、碳酸鎂中的任一種或一以上。鎂鹽的加入量為凹凸棒黏土干料重量百分比的I 20%。以下是本發(fā)明的原理說明凹凸棒黏土的晶體結(jié)構(gòu)含有三維立體鏈，在水中分散后，其棒狀晶束分散而形成雜亂的網(wǎng)格，有很強的成膠能力，在相對較低的濃度下就能形成較穩(wěn)定的懸浮液，這種懸浮液具有非牛頓流體的特征，但它的性質(zhì)取決于凹凸棒黏土本身特性、濃度和剪切力大小以及PH值等 ，而凹凸棒黏土本身特性最為關(guān)鍵。凹凸棒黏土晶體結(jié)構(gòu)中的Mg2+，由于在成礦過程中Al3+或Fe3+對Mg2+的類質(zhì)同象置換，體系中還可以進入I個或2個氫離子或其他等價物，才能使凹凸棒黏土在水介質(zhì)中能穩(wěn)定懸浮，但直接補償I個或2個氫離子或其他等價物，只是在凹凸棒黏土的層間，得到的是亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。為此，在凹凸棒黏土懸浮液中，先用磷酸鹽與凹凸棒黏土層間可交換的Mg2+、Al3+或Fe3+進行交換，以化學(xué)吸附的形式吸附在凹凸棒黏土的層間，增大凹凸棒黏土的層間的負電性，并通過磷酸鹽分子鏈的延伸，增大凹凸棒黏土層間的位阻排斥作用和水化排斥作用，使凹凸棒黏土棒晶束形成更雜亂的網(wǎng)格，提高凹凸棒黏土在水中的分散性能。為了增加懸浮穩(wěn)定性，必須進一步匹配正電荷。因此，當加入鎂鹽后，帶有正電荷的鎂鹽分散在帶有負電荷的凹凸棒石架狀結(jié)構(gòu)之中，依靠異性電荷間的靜電引力而對帶有負電荷的凹凸棒石架狀結(jié)構(gòu)形成加強作用，使得該結(jié)構(gòu)抵抗其它離子破壞的能力增強，屈服應(yīng)力增加，相對流動與變形的阻力增大，粘度提高，觸變性增強，表現(xiàn)出較強的凝膠性能。無機凝膠的晶體結(jié)構(gòu)單元是以納米計的棒晶，棒長約500 2000納米，棒寬約20-40納米。棒晶的表面布滿了可交換的陽離子，當凝膠顆粒與水混合時，水與可交換陽離子接觸被吸附到棒晶的表面。由于棒晶層面帶負電荷，端面帶正電荷，水和后迅速形成三維空間的膠體結(jié)構(gòu)，使體系的粘度增大，而具有高度的懸浮性、增稠性、觸變性和良好的配伍性、化學(xué)穩(wěn)定性，是理想的水體系增稠流變劑。本發(fā)明具有以下優(yōu)點磷酸鹽的作用是提高棒晶表面電位的絕對值，從而產(chǎn)生強的雙電層靜電斥力作用，同時吸附層還可以產(chǎn)生很強的空間排斥作用，有效地防止棒晶的團聚。凹凸棒黏土在磷酸鹽改性基礎(chǔ)上進行膠化處理，可使凹凸棒黏土懸浮液屈服力增加，粘度提高，觸變性增強，表現(xiàn)出較強的凝膠性能。2. 5%無機凝膠水分散體粘度>SOOmpa. S。由于多數(shù)有機增稠劑不具屈服值，因而產(chǎn)品可與有機增稠劑復(fù)合使用，使體系的粘度、屈服值和流動性得到有效的調(diào)節(jié)。產(chǎn)品具有優(yōu)異的pH穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，與其他有機膠體有較好的相容性和復(fù)配性，對水包油和油包水乳化體系具有較好的穩(wěn)定性能。其分散液可與水相溶的溶劑混合，如甲醇、乙醇、甘油和丙二醇及聚乙二醇。同時有較好的懸浮穩(wěn)定性，可滿足涂料和日化用品增稠的需求。生產(chǎn)工藝簡單安全，生產(chǎn)過程易于控制，所需原料簡單易得，無毒無害，具有低成本、低能耗和環(huán)境友好的特點，易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
具體實施例方式對比樣
在攪拌狀態(tài)下，將凹凸棒黏土加入水中，制成濃度為7%的凹凸棒黏土懸浮液；在70°C下攪拌反應(yīng)5小時后，冷卻后經(jīng)離心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土產(chǎn)品。實施例I在攪拌狀態(tài)下，將凹凸棒黏土加入水中，制成濃度為7wt%的凹凸棒黏土懸浮液；加入凹凸棒黏土質(zhì)量百分比2.0%的六偏磷酸鈉，70°C下攪拌反應(yīng)3小時后加入凹凸棒黏土質(zhì)量百分比10%的氧化鎂，繼續(xù)反應(yīng)2小時，冷卻后經(jīng)離心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土無機凝膠產(chǎn)品。實施例2 在攪拌狀態(tài)下，將凹凸棒黏土加入水中，制成濃度為IOwt %的凹凸棒黏土懸浮液；加入凹凸棒黏土質(zhì)量百分比5.0%的磷酸二氫鈉，80°C下攪拌反應(yīng)2小時后加入凹凸棒黏土質(zhì)量百分比8%的氫氧化鎂，繼續(xù)反應(yīng)2小時，冷卻后經(jīng)離心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土無機凝膠產(chǎn)品。實施例3在攪拌狀態(tài)下，將凹凸棒黏土加入水中，制成濃度為15wt%的凹凸棒黏土懸浮液；加入凹凸棒黏土質(zhì)量百分比2.0%的磷酸鈉，70°C下攪拌反應(yīng)4小時后加入凹凸棒黏土質(zhì)量百分比12%的碳酸鎂，繼續(xù)反應(yīng)3小時，冷卻后經(jīng)離心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土無機凝膠產(chǎn)品。實施例4在攪拌狀態(tài)下，將凹凸棒黏土加入水中，制成濃度為8wt%的凹凸棒黏土懸浮液；加入凹凸棒黏土質(zhì)量百分比I. 0%的磷酸鈉和2. 0%的磷酸二氫鈉，80°C下攪拌反應(yīng)I小時后加入凹凸棒黏土質(zhì)量百分比3%的硫酸鎂，繼續(xù)反應(yīng)2小時，冷卻后經(jīng)離心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土無機凝膠產(chǎn)品。實施例5在攪拌狀態(tài)下，將凹凸棒黏土加入水中，制成濃度為8wt%的凹凸棒黏土懸浮液；加入凹凸棒黏土質(zhì)量百分比5.0%的磷酸鈉，70°C下攪拌反應(yīng)I小時后加入凹凸棒黏土質(zhì)量百分比3%的硫酸鎂和10%的氧化鎂，繼續(xù)反應(yīng)3小時，冷卻后經(jīng)離心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土無機凝膠產(chǎn)品。用該發(fā)明制備的凹凸棒黏土無機凝膠的物理化學(xué)性能指標如表I所示。表I凹凸棒黏土無機凝膠的物理化學(xué)性能指標
權(quán)利要求
1.一種凹凸棒黏土無機凝膠的制備方法，其特征在于依次通過下列步驟來制備 A凹凸棒黏土懸浮液的制備在攪拌狀態(tài)下，將凹凸棒黏土加入水中，制成濃度在5-20wt%的懸浮液； B凹凸棒黏土與磷酸鹽反應(yīng)在攪拌狀態(tài)下，在凹凸棒黏土懸浮液中加入磷酸鹽，在50-80°C下反應(yīng)I 4小時； C凝膠化反應(yīng)在攪拌狀態(tài)下，在上述體系中加入鎂鹽，繼續(xù)反應(yīng)2-4小時，冷卻后經(jīng)離心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土無機凝膠。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于磷酸鹽為磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、六偏磷酸鈉中的任一種或一種以上。
3.如權(quán)利要求I或2的方法，其特征在于磷酸鹽加入量為凹凸棒黏土干料重量的2% 10%。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于鎂鹽為氧化鎂、氫氧化鎂、硫酸鎂、碳酸鎂中的任一種或一種以上。
5.如權(quán)利要求I或4的方法，其特征在于鎂鹽的加入量為凹凸棒黏土干料重量百分比的I 20%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種凹凸棒黏土無機凝膠的制備方法。該方法將凹凸棒黏土制成懸浮液，然后與磷酸鹽反應(yīng)，再與鎂鹽反應(yīng)，經(jīng)離心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土無機凝膠。本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單安全，生產(chǎn)過程易于控制，原料簡單易得，無毒無害，具有低成本、低能耗和環(huán)境友好的特點，易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C01B33/40GK102649572SQ20111004721
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者康玉茹, 徐繼香, 楊效和, 汪琴, 王文波, 王愛勤 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所