一種納米級(jí)有機(jī)膨潤(rùn)土的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)膨潤(rùn)土的生產(chǎn)制造領(lǐng)域，尤其涉及一種納米級(jí)有機(jī)膨潤(rùn)土的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膨潤(rùn)土是指主要有蒙脫石組成的一種粘土巖，依據(jù)其所含蒙脫石主要交換陽(yáng)離子種類的不同，膨潤(rùn)土可劃分為鈉基(堿性土)、鈣基(堿土型土)、鎂基、鋰基及氫基膨潤(rùn)土(活性白土)和人工改性的有機(jī)質(zhì)膨潤(rùn)土。我國(guó)膨潤(rùn)土資源豐富，且各種類型的膨潤(rùn)土都有，但到目前為止全國(guó)開采利用量還是很低，而價(jià)格昂貴的高技術(shù)含量膨潤(rùn)土仍以進(jìn)口為主。
[0003]有機(jī)膨潤(rùn)土是一種無(wú)機(jī)礦物/有機(jī)銨復(fù)合物，以膨潤(rùn)土為原料，利用膨潤(rùn)土中蒙脫石的層片狀結(jié)構(gòu)及其能在水或有機(jī)溶劑中溶脹分散成膠體級(jí)粘粒特性，通過離子交換技術(shù)插入有機(jī)覆蓋劑而制成的，其是膨潤(rùn)土高層次開發(fā)利用的一個(gè)方面，是膨潤(rùn)土改性的深加工產(chǎn)品。因?yàn)榕驖?rùn)土有許多優(yōu)點(diǎn):不溶解于有機(jī)溶劑中，但可形成觸變性凝膠體；具有親油疏水性，抗稀酸和堿性，防水和熱穩(wěn)定等性能，能耐150°C?175°C高溫，因此它能被廣泛的應(yīng)用于各生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。有機(jī)膨潤(rùn)土在各類有機(jī)溶劑、油類、液體樹脂中能形成凝膠，具有良好的增稠性、觸變性、懸浮穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、潤(rùn)滑性、成膜性，耐水性及化學(xué)穩(wěn)定性，在涂料工業(yè)中有重要的應(yīng)用價(jià)值，在油漆油墨、航空、冶金、化纖、石油等工業(yè)中也有廣泛的應(yīng)用。
[0004]目前有機(jī)膨潤(rùn)土的生產(chǎn)工藝主要是三個(gè)過程的重要控制，分別是鈉化改型過程、分離純化過程和有機(jī)覆蓋反應(yīng)過程?，F(xiàn)有技術(shù)中，原土鈉化改型時(shí)采用碳酸鈉和氟化鈉配合進(jìn)行鈉化改型，碳酸鈉改型的漿液稠度大，黏滯性較大，不利于沙質(zhì)成分有效去除；漿液的分離提純過程中，現(xiàn)有的技術(shù)采用單一的臥式離心機(jī)分離，分離提純效果一般，造成有機(jī)土成品內(nèi)部含有雜質(zhì)成分，成品在實(shí)際使用中的分散效果差，且膠粒較粗；有機(jī)化覆蓋反應(yīng)過程中，現(xiàn)有的技術(shù)采用單一的C12?C18季銨鹽陽(yáng)離子進(jìn)行覆蓋反應(yīng)，此類產(chǎn)品具有一定的消光性，不利于在面漆、木器漆、家具漆等對(duì)光澤度有較高要求的涂料中使用。而上世紀(jì)八十年代以后，隨著納米技術(shù)的興起，納米有機(jī)膨潤(rùn)土便廣泛應(yīng)用于各類溶劑型工業(yè)油漆、膩?zhàn)踊摇⒎栏苛?、凹版油墨等等領(lǐng)域，是一種超分散自活化型高效流變助劑，是普通有機(jī)膨潤(rùn)土的替代產(chǎn)品，可以不添加活化劑，無(wú)須做預(yù)凝膠，并且可在較低攪拌剪切速度下獲得充分分散，從而簡(jiǎn)化了工藝，降低了成本。
[0005]如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01310429645.2，名稱為“一種有機(jī)膨潤(rùn)土的制造方法”，其包括以下步驟:1)打漿；2)沉漿；3)旋流除沙器進(jìn)行除沙；4)臥式離心機(jī)進(jìn)一步過濾固體雜質(zhì)；5)通過碟片離心機(jī)進(jìn)行液-液分離，得到濃縮的鈉基蒙脫石漿液；6)含固量測(cè)定；7)加入純堿；8)升溫，加入硫酸調(diào)節(jié)pH值，保溫；9)有機(jī)化覆蓋反應(yīng):加入白油、十八烷基三甲基氯化銨；10)壓干；11)烘干。雖然上述發(fā)明制得的有機(jī)膨潤(rùn)土，在有機(jī)體系中分散粒徑更細(xì)，既適用于低中極性溶劑，也適用于中高極性體系，但是該制備工藝與納米有機(jī)膨潤(rùn)土的制備工藝依然存在差異，并且，我公司通過大量實(shí)驗(yàn)得知，影響納米有機(jī)膨潤(rùn)土質(zhì)量的三大因素是原礦質(zhì)量、提純和有機(jī)覆蓋；此外，用純鈉基膨潤(rùn)土制備納米級(jí)有機(jī)膨潤(rùn)土并不理想，只有鈉離子和鈣離子達(dá)到一定的比例，即少量的鈉離子被鈣離子置換，才能達(dá)到最大的膨脹倍數(shù)和最快的水合速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于填補(bǔ)現(xiàn)有納米級(jí)有機(jī)膨潤(rùn)土制造工藝的空白，并提供一種平均晶片厚度小于25nm的納米級(jí)有機(jī)膨潤(rùn)土及其制備方法。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種納米級(jí)有機(jī)膨潤(rùn)土的制備方法，其包括如下步驟:
[0008]①膨潤(rùn)土原礦加工:將原礦破碎后，加水配制成濃度為10%的懸浮液，接著粗濾后自然沉降4?6小時(shí)，吸出上層清液，將下層粘稠狀礦漿烘干、破碎后，制得一次提純膨潤(rùn)土粉料；為了降低成本，上述原礦以鈣基膨潤(rùn)土為原料。
[0009]②鈉化改型:將步驟①制得的一次提純膨潤(rùn)土粉料加水配制成濃度為8%的懸浮液，并邊加熱邊攪拌4小時(shí)以上，直至分散均勾，接著在該懸浮液中加入鈉化劑，進(jìn)而制得鈉基膨潤(rùn)土漿液，所述鈉化劑與懸浮液的質(zhì)量比為0.3% ;上述攪拌過程，夏天控制在室溫，冬天需加熱至40°C，春秋季加熱至35°C為宜。進(jìn)一步的，鈉化劑應(yīng)選自碳酸鈉、氟化鈉、碳酸氫鈉、硝酸鈉中的一種。
[0010]③離心提純:將步驟②制得的鈉基膨潤(rùn)土漿液送入臥式離心機(jī)中進(jìn)行去除粗砂和細(xì)砂的處理，得到二次提純膨潤(rùn)土漿液；
[0011]④無(wú)機(jī)酸改性:將步驟③制得的二次提純膨潤(rùn)土漿液加入反應(yīng)釜中，加入鹽酸、硫酸、硝酸中的任一種無(wú)機(jī)酸，加入的無(wú)機(jī)酸與二次提純膨潤(rùn)土漿液的質(zhì)量比為1:50?1:60，使得PH值介于5?6之間，得到微酸性粘土水溶液；
[0012]⑤有機(jī)覆蓋反應(yīng):將步驟④制得的微酸性粘土水溶液以邊加熱邊攪拌的方式緩慢加入濃度為70%的有機(jī)覆蓋劑中，反應(yīng)參數(shù)為在75?80°C溫度下攪拌30分鐘，接著緩慢冷卻至室溫，得到有機(jī)膨潤(rùn)土漿料；所述有機(jī)覆蓋劑與微酸性粘土水溶液的質(zhì)量比為0.85:1?1:1 ;上述有機(jī)覆蓋劑選取為雙十八烷基二甲基氯化銨。
[0013]⑥后處理階段:將經(jīng)步驟⑤處理后的有機(jī)膨潤(rùn)土漿料沉淀除去上清液，再用去離子水反復(fù)漂洗幾次，接著經(jīng)壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理，并將脫水后的濾餅烘干、粉碎、分級(jí)處理，然后包裝處理，最終獲得納米級(jí)有機(jī)膨潤(rùn)土。
[0014]本發(fā)明的特點(diǎn)是通過分步提純，將鈉化劑與懸浮液的質(zhì)量比保持在0.3%，在無(wú)機(jī)酸改性過程通過調(diào)節(jié)PH值至微酸性，以及在有機(jī)覆蓋反應(yīng)階段的加料方式等等進(jìn)行改進(jìn)，將膨潤(rùn)土剝片分散、提純改型，超細(xì)分級(jí)后得到蒙脫石含量大于95%的純蒙脫石，在用雙十八烷基二甲基氯化銨進(jìn)行有機(jī)覆蓋反應(yīng)，最終粉碎成納米級(jí)粒度要求，即平均晶片厚度小于25nm，此工藝在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，大大縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，適合大面積推廣應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明的納米級(jí)有機(jī)膨潤(rùn)土的制造方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其改進(jìn)的步驟在于以下幾點(diǎn)，其有益效果如下:
[0016]1、分步提純:通過在膨潤(rùn)土原礦加工階段對(duì)原礦進(jìn)行第一次初步提純，以去除原礦中原有雜質(zhì)，為了更好的保證膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)不受破壞，在該階段的烘干優(yōu)選采用在陽(yáng)光下自然干燥的方式。同時(shí)，在離心提純階段對(duì)膨潤(rùn)土漿料進(jìn)行二次提純，進(jìn)一步去除粗砂和細(xì)砂。
[0017]2、在鈉化改型過程，需保證鈉化劑與懸浮液的質(zhì)量比保持在0.3%，進(jìn)而可達(dá)到最大的膨脹倍數(shù)和最快的水合速度。
[0018]3、在無(wú)機(jī)酸改性過程，通過調(diào)節(jié)PH值至微酸性，可以有利于蒙脫石端緣以及破鍵、斷鍵引起裸露羥基與H+發(fā)生作用，同時(shí)也促使八面體中的AL'Mg2+少部分溶出，導(dǎo)致層間可交換的AL3+、Mg2+增