一種柱撐插層改性黑云母的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)、冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柱撐插層改性黑云母的方法使之更容易應(yīng)用到高分子材料中。
【背景技術(shù)】
[0002]云母作為外加劑添加到塑料、橡膠、涂料等現(xiàn)代高分子材料中以彌補(bǔ)高分子材料固有的不足是目前一種較為熱門的技術(shù)方向。在塑料制品中添加云母可以提高塑料的抗老化以及耐熱性能，擴(kuò)大了塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域。在橡膠中添加云母可以賦予橡膠制品優(yōu)良的耐酸堿性和阻燃能力，增強(qiáng)制品的韌性以及強(qiáng)度，提高制品的耐磨性能。利用絹云母的絕緣性能還可以改善橡膠制品的電性能。在涂料中添加云母可以大大增強(qiáng)涂料的耐候性以及防龜裂性，顯著提高涂料的使用壽命。利用添加云母種類以及劑量的不同還能制備出防銹涂料、防火涂料、防水涂料、絕緣涂料等特種涂料。云母之所以能一定程度上彌補(bǔ)不同高分子制品的自身性能缺陷，與云母粉的特性密切相關(guān)，云母粉富含多種成分，其間主要有二氧化硅，含量通常在49 %左右，三氧化二鋁含量在30 %左右。云母粉的物化功用安穩(wěn)，是多維的片狀資料，在強(qiáng)壯的電弧下具有不碳化、不爆裂、不吸水等特色。然而云母礦物內(nèi)外表面具有強(qiáng)烈的親水性，與聚合分子鏈接的親和性弱，難以在有機(jī)相中分散，插入比并不高。但是將云母改性后可以使之與高分子材料更好的融合，更容易摻入高分子材料中。
[0003]目前對云母的改性方法主要有兩種:一種是表面改性，另一種是插層改性。表面改性主要有偶聯(lián)劑表面改性、有機(jī)酸表面改性和表面活性劑改性。核心思想是加入改性劑包裹在云母顆粒表層形成新的能和有機(jī)物緊密結(jié)合的表面層。但是這種方法并不能將云母片層的優(yōu)良性能完美表現(xiàn)出來，添加入高分子材料中后云母的層狀特性所帶來的改良效果無法體現(xiàn)，一定層度上局限了這種方法的發(fā)展應(yīng)用。另一種改性方法插層改性則是利用云母層間陽離子的交換性，將有機(jī)分子插入層間，擴(kuò)大層間距，能讓更多的高分子進(jìn)入云母層的同時還能增大改性云母與需改性高分子的相容性。但目前的幾種插層改性方法大多需要高溫焙燒活化和過多摻入劑，經(jīng)濟(jì)效益不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)提供一種新的插層改性黑云母的方法，其工藝簡單，成本低，且為了讓柱撐劑更迅速的插入云母層中，用鋇離子交換層間鉀離子產(chǎn)生空位這一過程還可以提鉀，所以適于工業(yè)應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:1.一種柱撐插層改性黑云母的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0006](I)將黑云母礦石破碎；
[0007](2)將所得黑云母粉與鹽酸和硝酸鋇的水溶液混合，同時加入柱撐劑十八烷基三甲基氯化銨，50-80 0C下反應(yīng)3_5h。
[0008]按上述方案，步驟(I)所述黑云母礦石破碎至過200目篩。
[0009]按上述方案，步驟⑵所述黑云母粉與硝酸鋇的水溶液的質(zhì)量體積比為1:20_50g/mLo
[0010]按上述方案，步驟⑵所述反應(yīng)的反應(yīng)液pH為2-5，硝酸鋇的水溶液濃度為0.25?1.75mol/L，柱撐劑用量為0.5-1.0CEC(CEC稱作土壤的“陽離子交換量” cat1nexchange capacity)ο
[0011]如圖1所示，本發(fā)明用鹽酸氧化(溶液中有NO3)黑云母中陽離子減弱四面體層對層間鉀離子的束縛力，用鋇離子交換出層間鉀離子產(chǎn)生空位，隨后聚合物高分子著床到產(chǎn)生的空位上從而實(shí)現(xiàn)將高分子鏈插入云母層同時擴(kuò)大云母層間距。
[0012]鋇離子和鉀離子在12配位時的離子半徑大小相似，在氫離子做活化劑的條件下，有利于鋇離子進(jìn)入云母層間置換出鉀離子。鋇離子的電荷數(shù)比鉀離子大，一個鋇離子進(jìn)入層間取代一個鉀離子的位置的同時，會產(chǎn)生一個空位，由空位缺陷擴(kuò)散理論，后面的鋇離子會不斷地進(jìn)入到云母層間，同時產(chǎn)生更多的空位為改性劑提供著位點(diǎn)，使改性劑更為容易更為迅速的摻入云母中。
[0013]本發(fā)明方法可以用來改性黑云母使之用于高分子高分子改性中，同時還能提取鉀。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:1、本發(fā)明在黑云母礦石中加入鹽酸和硝酸鋇的水溶液，同時加入十八烷基三甲基氯化銨，用鹽酸作活化劑，鋇離子做交換劑，十八烷基三甲基氯化銨做柱撐劑。將改性劑摻入到云母層間結(jié)構(gòu)中，成本低，環(huán)境污染小，因而適于工業(yè)化生產(chǎn)；
2、本發(fā)明用“鋇離子交換柱撐法”將黑云母改性使之更容易摻入高分子材料中并且在改性過程中可以提取鉀。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的機(jī)理示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2和實(shí)施例3改性黑云母后對比于黑云母的XRD圖；
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018]實(shí)施例1
[0019](I)用球磨機(jī)將黑云母礦石粉碎后過200目篩；
[0020](2)破碎后的黑云母與濃度為0.25mol/L的硝酸鋇的水溶液混合，黑云母與硝酸鋇的水溶液的質(zhì)量體積比為l:20g/mL，用濃度為10wt%的鹽酸溶液調(diào)節(jié)混合物的pH值至5，加入0.5CEC十八烷基三甲基氯化銨，置于50°C的恒溫水浴中攪拌反應(yīng)3h，用X射線衍射(XRD)分析固體不溶物，分析得黑云母的層間距離擴(kuò)大到了 1.733nm。
[0021]實(shí)施例2
[0022](I)用球磨機(jī)將黑云母礦石粉碎后過200目篩；
[0023](2)破碎后的黑云母與濃度為1.00mol/L的硝酸鋇的水溶液混合，黑云母與硝酸鋇的水溶液的質(zhì)量體積比為l:30g/mL，用濃度為10wt%的鹽酸溶液調(diào)節(jié)混合物的pH值至3，加入0.6CEC十八烷基三甲基氯化銨，置于70°C的恒溫水浴中攪拌反應(yīng)4h，用X射線衍射(XRD)分析固體不溶物，分析得黑云母的層間距離擴(kuò)大到了 2.900nm。
[0024]實(shí)施例3
[0025](I)用球磨機(jī)將黑云母礦石粉碎后過200目篩；
[0026](2)破碎后的黑云母與濃度為1.75mol/L的硝酸鋇的水溶液混合，黑云母與硝酸鋇的水溶液的質(zhì)量體積比為1:50g/mL，用濃度為10wt%的鹽酸溶液調(diào)節(jié)混合物的pH值至2，加入1.0CEC十八烷基三甲基氯化銨，置于80°C的恒溫水浴中攪拌反應(yīng)5h，用X射線衍射(XRD)分析固體不溶物，分析得黑云母的層間距離擴(kuò)大到了 4.060nm。
[0027]圖2為實(shí)施例2和實(shí)施案例3改性黑云母后對比于黑云母的XRD圖。從圖中可以看到加入柱撐劑后黑云母的層間距有明顯的擴(kuò)大，且隨著柱撐條件的改善(增加反應(yīng)時間、提高酸濃度)柱撐效果也會有逐步的提高，說明本發(fā)明成功的往黑云母中插入了高分子劑，實(shí)現(xiàn)了云母改性。而且實(shí)驗(yàn)步驟簡單，不需要高耗能。
[0028]由以上實(shí)施例可知本發(fā)明提供的方法步驟簡單，大大縮短了插層改性的時間，成本低，環(huán)境污染小，并且能夠在實(shí)驗(yàn)過程中獲得鉀，因而適于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0029]可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柱撐插層改性黑云母的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將黑云母礦石破碎； (2)將所得黑云母粉與鹽酸和硝酸鋇的水溶液混合，同時加入柱撐劑十八烷基三甲基氯化銨，50-80 0C下反應(yīng)3-5h。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱撐插層改性黑云母的方法，其特征在于:步驟(I)所述黑云母礦石破碎至過200目篩。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱撐插層改性黑云母的方法，其特征在于:步驟(2)所述黑云母粉與硝酸鋇的水溶液的質(zhì)量體積比為1:20-50g/mL。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的改性黑云母方法，其特征在于:步驟(2)所述反應(yīng)的反應(yīng)液pH為2-5，硝酸鋇的水溶液濃度為0.25?1.75mol/L，柱撐劑用量為0.5-1.0CEC0
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種柱撐插層改性黑云母的方法，其包括以下步驟：(1)將黑云母礦石粉碎；(2)將黑云母粉與鹽酸和硝酸鋇的水溶液混合，同時加入柱撐劑十八烷基三甲基氯化銨，50-80℃下反應(yīng)3-5h。本發(fā)明提供的方法步驟簡單，成本低，環(huán)境污染小，并且在改性過程中能提取鉀，因而適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C01B33/42
【公開號】CN105016353
【申請?zhí)枴緾N201510386899
【發(fā)明人】黃志良, 李紫謙, 孟鵬, 羅晶, 危鈺
【申請人】武漢工程大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月2日