超細(xì)硅烷表面接枝高嶺石粉體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超細(xì)硅烷表面接枝高嶺石粉體的制備方法，首先采用醋酸鉀和/或尿素對高嶺石進(jìn)行預(yù)先插層；然后采用超聲處理，使插層后的高嶺石片層發(fā)生剝離，使高嶺石層間的活性基團(tuán)得以暴露；然后在微波輔助作用下，采用表面改性劑對剝離新形成的高嶺石片進(jìn)行表面接枝改性。本發(fā)明所制備的高嶺石粉體材料，粒度細(xì)，表面化學(xué)接枝有機(jī)改性劑，穩(wěn)定性好，具有較好的疏水性和分散性。
【專利說明】超細(xì)硅烷表面接枝高嶺石粉體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，特別涉及一種超細(xì)硅烷表面接枝高嶺石粉體的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]高嶺土是我國的優(yōu)勢礦產(chǎn)資源，儲量多、分布廣。高嶺土的主要組成礦物高嶺石具有規(guī)則的六方片層堆垛結(jié)構(gòu)，兩底面分別由硅陽四面體和鋁氧八面體組成，具有表面異性的特點，其在聚合物功能性填料、藥物載體、化學(xué)催化、生物電極等方面具有誘人的應(yīng)用前景。功能性高嶺土的制備研究受到國內(nèi)外廣泛的關(guān)注。超細(xì)化和表面修飾是制備功能性高嶺土的關(guān)鍵。高嶺土的超細(xì)化處理有機(jī)械研磨法和化學(xué)插層剝片法，機(jī)械研磨主要利用球磨機(jī)和介質(zhì)攪拌式研磨機(jī)，在強(qiáng)力的機(jī)械沖擊和剪切作用下使高嶺石發(fā)生剝離或斷裂，但高嶺石片狀結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重?；瘜W(xué)插層主要是通過極性小分子插層劑插入高嶺石層間，經(jīng)反復(fù)溶劑洗滌、機(jī)械研磨，破壞高嶺石層間作用，制備超細(xì)高嶺石。表面修飾主要是采用各種功能性化學(xué)藥劑硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)酸等，對高嶺石顆粒表面進(jìn)行化學(xué)改性，改善高嶺石顆粒的表面性質(zhì)。常規(guī)的水浴或油浴等加熱方法進(jìn)行改性時，能耗高，只有熱效應(yīng)，改性效果較差。并且，高嶺石是由大量片層結(jié)構(gòu)單元堆垛形成的高嶺石組成，只有端面端面產(chǎn)生的硅氧懸空鍵具有化學(xué)活性，但相對于整個堆垛體而言，端面只占整個顆粒表面的10%左右，表面活性低，改性較為困難。等離子體、酸堿刻蝕、表面包覆等技術(shù)方法對被用來對高嶺石等粘土礦物進(jìn)行預(yù)先處理，提高其表面活性，但這些方法不能降低高嶺石的粒徑大小。高嶺石堆垛體單元片層之間通過氫鍵連接，層間具有豐富的Al-OH基團(tuán)，是進(jìn)行有機(jī)分子接枝反應(yīng)的活性點。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中對有機(jī)改性高嶺石的制備，主要是采用機(jī)械粉碎以及常規(guī)的加熱改性，然而機(jī)械粉碎對高嶺石片狀結(jié)構(gòu)的破壞，高嶺石表面活性差，難以化學(xué)改性，以及常規(guī)加熱改性耗能高，改性效果差的缺點。
[0004]基于以上技術(shù)背景，本發(fā)明專利將有機(jī)小分子預(yù)先插層、超聲剝片和微波強(qiáng)化表面改性相結(jié)合，制備超細(xì)片狀有機(jī)高嶺石。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種超細(xì)硅烷表面接枝高嶺石粉體的制備方法。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，擬采用如下技術(shù)方案
[0006]本發(fā)明一方面涉及一種超細(xì)硅烷表面接枝高嶺石粉體的制備方法，其特征在于包括如下步驟:首先采用醋酸鉀和/或尿素對高嶺石進(jìn)行預(yù)先插層；然后采用超聲處理，使插層后的高嶺石片層發(fā)生剝離，使高嶺石層間的活性基團(tuán)得以暴露；然后在微波輔助作用下，采用表面改性劑對剝離新形成的高嶺石片進(jìn)行表面接枝改性。
[0007]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述的超細(xì)有機(jī)高嶺石粉體粒徑d75 < I微米以及d90≤2微米。
[0008]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述的預(yù)先插層步驟為以提純后的高嶺石為原料與水混合攪拌，制備質(zhì)量濃度15%-40%的漿液，加入漿液中水重量10%-30%的小分子插層劑醋酸鉀或尿素等，在一定溫度下25-65度反應(yīng)2-48小時，制備高嶺石小分子插層復(fù)合體。
[0009]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述的超聲處理是將插層處理后的高嶺石漿液，進(jìn)行超聲剝片處理，超聲功率200w到800w之間，超聲時間30分鐘到120分鐘。
[0010]在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式中，所述的微波輔助化學(xué)改性步驟是經(jīng)超聲剝片后，進(jìn)行過濾，然后用乙醇作為分散介質(zhì)，配制固含量30-60wt%的漿液，加入漿液中高嶺石重量0.5-4%的硅烷偶聯(lián)劑表面改性劑，室溫下將其攪拌均勻，繼續(xù)攪拌，進(jìn)行微波加熱，加熱10-30分鐘。
[0011]在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式中，所述的方法還包括干燥打散的步驟，其特征在于將微波輔助化學(xué)改性處理后的改性料，進(jìn)一步微波處理，使其干燥，然后在攪拌機(jī)或磨機(jī)中進(jìn)行打散，時間為3-15分鐘；最后制得粒徑d75 ( I微米，d90 ( 2微米，表面化學(xué)接枝有機(jī)改性劑的高嶺石粉體。
[0012]本發(fā)明所制備的高嶺石粉體材料，粒度細(xì)，表面化學(xué)接枝有機(jī)改性劑，穩(wěn)定性好，經(jīng)乙醇、甲苯等溶劑多次洗滌，表面活性劑不脫落。此外本產(chǎn)品還具有較好的疏水性和分散性，其接觸角達(dá)到120°以上，在液體石蠟中均勻分散，并且懸浮性好，經(jīng)24小時，僅有10%左右沉降。本發(fā)明所制備的高嶺石粉體材料，可作為橡膠、塑料的補強(qiáng)劑。其應(yīng)用方法簡單，在塑料、橡膠等材料加工時，將10-40%的高嶺石粉體加入，經(jīng)熔融共混將二者混合均勻即可，不改變塑料或橡膠加工時，原有的生產(chǎn)工藝 設(shè)備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1:高嶺石粉體掃描電鏡照片；其中a_改性前高嶺石；b-改性后高嶺石。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不限于此。
[0015]Al、有機(jī)小分子插層，以提純后的高嶺石為原料與水混合攪拌，制備質(zhì)量濃度15%-40%的漿液，加入漿液中水重量10%-30%的小分子插層劑醋酸鉀或尿素等，在一定溫度下25-65度反應(yīng)2-48小時，制備高嶺石小分子插層復(fù)合體；A2、超聲剝片，將經(jīng)Al處理后的高嶺石漿液，進(jìn)行超聲剝片處理，超聲功率200w到800w之間，超聲時間30分鐘到120分鐘；A3、微波輔助化學(xué)改性，經(jīng)超聲剝片后，進(jìn)行過濾，然后用乙醇作為分散介質(zhì)，配制固含量30-60wt%的漿液，加入漿液中高嶺石重量0.5-4%的硅烷偶聯(lián)劑表面改性劑，室溫下將其攪拌均勻，繼續(xù)攪拌，進(jìn)行微波加熱，10-30分鐘；
[0016]A4、干燥打散，將A3處理后的改性料，進(jìn)一步微波處理，使其干燥，然后在高速攪拌機(jī)或磨機(jī)中進(jìn)行打散，時間為3-15分鐘;最后制得粒徑d75 ( I微米，Cl90 ( 2微米，表面化學(xué)接枝有機(jī)改性劑的高嶺石粉體。電鏡照片表明，原高嶺石粉體粒徑大，且顆粒間團(tuán)聚嚴(yán)重(附圖a)，經(jīng)本方法處理得到的產(chǎn)品，高嶺石粒徑小，顆粒呈單個分散，團(tuán)聚現(xiàn)象幾乎消失(附圖b)。
[0017]上述實施方式旨在舉例說明本發(fā)明可為本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員實現(xiàn)或使用，對上述實施方式進(jìn)行修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，故本發(fā)明包括但不限于上述實施方式，任何符合本權(quán)利要求書或說明書描述，符合與本文所公開的原理和新穎性、創(chuàng)造性特點的方法、工藝、產(chǎn)品，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超細(xì)硅烷表面接枝高嶺石粉體的制備方法，其特征在于包括如下步驟:首先采用醋酸鉀和/或尿素對高嶺石進(jìn)行預(yù)先插層；然后采用超聲處理，使插層后的高嶺石片層發(fā)生剝離，使高嶺石層間的活性基團(tuán)得以暴露；然后在微波輔助作用下，采用表面改性劑對剝離新形成的高嶺石片進(jìn)行表面接枝改性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，所述的超細(xì)有機(jī)高嶺石粉體粒徑d75≤1微米以及d90≤2微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，所述的預(yù)先插層步驟為以提純后的高嶺石為原料與水混合攪拌，制備質(zhì)量濃度15%-40%的漿液，加入漿液中水重量10%-30%的小分子插層劑醋酸鉀或尿素等，在一定溫度下25-65度反應(yīng)2-48小時，制備高嶺石小分子插層復(fù)合體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，所述的超聲處理是將插層處理后的高嶺石漿液，進(jìn)行超聲剝片處理，超聲功率200w到800w之間，超聲時間30分鐘到120分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，所述的微波輔助化學(xué)改性步驟是經(jīng)超聲剝片后，進(jìn)行過濾，然后用乙醇作為分散介質(zhì)，配制固含量30-60wt%的漿液，加入漿液中高嶺石重量0.5-4%的硅烷偶聯(lián)劑表面改性劑，室溫下將其攪拌均勻，繼續(xù)攪拌，進(jìn)行微波加熱，加熱10-30分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，所述的方法還包括干燥打散的步驟，其特征在于將微波輔助化學(xué)改性處理后的改性料，進(jìn)一步微波處理，使其干燥，然后在攪拌機(jī)或磨機(jī)中進(jìn)行打散，時間為3-15分鐘；最后制得粒徑d75≤1微米，d90≤ 2微米，表面化學(xué)接枝有機(jī)改性劑的高嶺石粉體。
【文檔編號】C01B33/44GK103864084SQ201410083289
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】張乾, 陸銀平, 張玉德, 趙繼芬, 王巖, 張白梅, 馬愛玲 申請人:河南理工大學(xué)