專利名稱：：一種超細(xì)硅酸鋁粉體的沉淀包膜表面修飾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體的說，是一種采用沉淀包膜法對超細(xì)硅酸鋁粉體進(jìn)行表面修飾的技術(shù)。技術(shù)背景超細(xì)硅酸鋁(ultra-finealuminumsilicate)是一種人工合成的硅鋁化合物，分子式為A1203nSi02mH20,顆粒尺寸小，純度及光亮度高，懸浮穩(wěn)定性、光散射性及其它性能俱佳，作為白色填料鈦白粉的增量劑而得到廣泛應(yīng)用。制備硅酸鋁的生產(chǎn)設(shè)備簡單、工藝流程短、環(huán)境污染小以及低能耗等優(yōu)點，生產(chǎn)的主要原料是硅和鋁的化合物，其價格只是金紅石型鈦白粉的1/3，甚至更低。它與顏料配合可廣泛應(yīng)用于油漆、皮革、印染、油墨、造紙、塑料、橡膠等方面，尤其在涂料中使用可以節(jié)省15%-20%的鈦白粉，從而有效降低涂料生產(chǎn)成本，并明顯地改進(jìn)涂料的白度、干膜遮蓋力、貯藏穩(wěn)定性及耐候性。然而，目前國產(chǎn)超細(xì)硅酸鋁與國外產(chǎn)品相比仍有一定的差距，比如產(chǎn)品的分散性尚無法與國外產(chǎn)品相媲美。目前，國外該產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于涂料、造紙、橡膠和塑料等行業(yè)。然而，在國內(nèi)該產(chǎn)品只是被應(yīng)用于涂料行業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域狹窄。因此，用物理的、化學(xué)的或機(jī)械的方法對超細(xì)硅酸鋁顆粒表面進(jìn)行處理，以改變其表面的理化性質(zhì)，如表面晶體結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)、表面能、表面電性、表面浸潤性、表面吸附和反應(yīng)特性等，改善其表面電性、浸潤性、分散性、吸附和反應(yīng)特性，擴(kuò)大超細(xì)硅酸鋁的應(yīng)用范圍，以滿足在造紙等行業(yè)的應(yīng)用迫在眉睫。超細(xì)硅酸鋁是一種新型的填料，具有高嶺土的各項優(yōu)點，不僅是填料中白度較高的品種，且具有一定的不透明度、耐紫外線照射性和抗粉化能力強(qiáng)等特點。超細(xì)硅酸鋁與鈦白粉相比，具有價格低、白度高、懸浮穩(wěn)定等優(yōu)點，所以，超細(xì)硅酸鋁替代鈦白粉被廣泛應(yīng)用于涂料行業(yè)，但在造紙行業(yè)中還沒有得到應(yīng)用。申請者通過實驗對比了超細(xì)硅酸鋁與金紅石鈦白粉和輕質(zhì)碳酸鈣對紙張的各項性能的影響。研究結(jié)果表明超細(xì)硅酸鋁作為造紙?zhí)盍?，紙張的松厚度、白度、吸收性和撕裂指?shù)超過鈦白粉和碳酸鈣，不透明度介于二者之間，然而抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和耐折度相差較大，有待進(jìn)一步改善。沉淀包膜法，即利用表面改性劑間的沉淀反應(yīng)，生成的沉淀物均勻地沉淀在粒子表面上，在顆粒表面形成一層或多層包裹層，以改善粉體的光澤、著色力、遮蓋力、耐候性、電、磁、熱等性質(zhì)的表面處理或表面改性方法。沉淀包膜改性是目前工業(yè)上超微粉體表面處理或修飾常用的方法。
發(fā)明內(nèi)容為了提高國產(chǎn)超細(xì)硅酸鋁粉體所抄紙張的機(jī)械性能，本發(fā)明公開了一種超細(xì)硅酸鋁粉體的沉淀包膜表面修飾方法，通過該方法修飾后的超細(xì)硅酸鋁粉體在應(yīng)用性能上具有很大的改善，產(chǎn)品的各項性能均達(dá)到或優(yōu)于國內(nèi)外同類產(chǎn)品的性能。本發(fā)明提供的表面修飾方法可以使超細(xì)硅酸鋁粉體廣泛應(yīng)用于造紙行業(yè)。從超細(xì)硅酸鋁粉體的結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，粉體顆粒內(nèi)部具有分子篩結(jié)構(gòu)的多孔性，表面具有多層性，本專利選用氧化鋅沉淀包膜修飾超細(xì)硅酸鋁。氧化鋅具有致密，高折射率的特點，呈白色六角晶系結(jié)晶或粉末，無味、無毒、質(zhì)細(xì)膩,相對密度5.606，折射率2.008-2.029，熔點1975'C，屬兩性氧化物?？衫贸?xì)硅酸鋁粉體的多孔結(jié)構(gòu)吸附氫氧化鋅溶液，然后煅燒硅酸鋁顆粒使氫氧化鋅失水形成氧化鋅并填堵微孔，包裹超細(xì)硅酸鋁顆粒，提高硅酸鋁粉體的相對密度，在保持紙張其他性能不降低的前提下，提高紙張的抗張指數(shù)、耐破指數(shù)、耐折度和撕裂指數(shù)。反應(yīng)式如下2++20/T—z(0//)2iZ(O/f)2~^"*20+//20t實驗方法稱取一定量的超細(xì)硅酸鋁分散于硫酸鋅飽和溶液中，攪拌均勻后，浸泡0.5-3小時。在漿液中加入一定量的沉淀劑飽和溶液，攪拌均勻后，浸泡1&30分鐘。過濾，濾餅置于烘箱中在105'C下反應(yīng)l-2小時后，置于馬福爐中于800-1000'C下煅燒小時，粉碎，過400目篩網(wǎng)，即得產(chǎn)品。包膜用氧化鋅量為超細(xì)硅酸鋁粉體的重量百分比10-50%，優(yōu)選用量為30-50%。沉淀劑為尿素、尿素-氨水混合物、氨水等物質(zhì)的飽和溶液。沉淀劑所提供的羥基與硫酸鋅提供的Zn"的摩爾比為2.0-3.0，優(yōu)選用摩爾比為2.1-2.3。抄紙工藝打漿方法將漂白硫酸鹽針葉木漿和漂白硫酸鹽闊葉木漿按照3:7的比例稱取360g絕干漿，加5L去離子水常溫浸泡4h，打漿約40min，打漿度為34。SR。將打好的漿用布袋過濾去大量水后，用脫水機(jī)甩干，再將甩干的漿料分散、混合均勻，置于密封的玻璃瓶中平衡水分24h以上，測量其含水率，備用。填料按20-40%的絕干漿量加到漿料中。抄紙過程量取合適的漿量用去離子水在紙頁成形器上抄片。壓榨和干燥過程每次同一種紙(約7張)疊好，中間夾上布和紙，放入液壓機(jī)中，在3個大氣壓的壓力下壓搾lmin，然后每兩張放入干燥器中，干燥10min左右，再將干燥的紙張放入恒溫恒濕室24h，即可測量其物理性質(zhì)。實例1稱取36克ZnS04*7H20加入適量水配制成硫酸鋅飽和溶液，取需改性的超細(xì)硅酸鋁粉體lOOg，分散于硫酸鋅飽和溶液中，攪拌均勻后，浸泡1小時。稱取4克尿素加入適量水配制成尿素的飽和溶液，在漿液中加入尿素溶液，攪拌均勻后，浸泡30分鐘。過濾，濾餅置于烘箱中在105'C下反應(yīng)1小時后，置于馬福爐中于800'C下煅燒1小時，粉碎，過400目篩網(wǎng)，即得產(chǎn)品。使用修飾后的超細(xì)硅酸鋁抄出的紙張，與未修飾的粉體相比，其紙張的松厚度、白度、不透明度和吸收性基本不變的情況下，紙張的抗張指數(shù)提升了26.2%，耐破指數(shù)提升了19.1%,耐折度提升了215.5%,撕裂指數(shù)提升了8.1%。實例2稱取36克ZnSO,7H20加入適量水配制成硫酸鋅飽和溶液，取需改性的超細(xì)硅酸鋁粉體lOOg,分散于硫酸鋅飽和溶液中，撹拌均勻后，浸泡1小時。在漿液中加入12.5克氨水，攪拌均勻后，密封浸泡30分鐘。過濾，濾餅置于烘箱中在105'C下反應(yīng)1小時后，置于馬福爐中于800'C下煅燒1小時，粉碎，過400目篩網(wǎng)，即得產(chǎn)品。使用修飾后的超細(xì)硅酸鋁抄出的紙張，與未修飾的粉體相比，其紙張的松厚度、白度、不透明度和吸收性基本不變的情況下，紙張的抗張指數(shù)提升了27.5%，耐破指數(shù)提升了20.2%,耐折度提升了227.6%，撕裂指數(shù)提升了7.3%。實例3稱取72克ZnS04*7H20加入適量水配制成硫酸鋅飽和溶液，取需改性的超細(xì)硅酸鋁粉體100g，分散于硫酸鋅飽和溶液中，攪拌均勻后，浸泡1小時。稱取4克尿素加入適量水配制成尿素的飽和溶液，在漿液中加入尿素溶液和12.5克氨水，攪拌均勻后，密封浸泡30分鐘。過濾，濾餅置于烘箱中105。C下反應(yīng)l小時后，在馬福爐中于800'C下煅燒1小時，粉碎，過400目篩網(wǎng)，即得產(chǎn)品。使用修飾后的超細(xì)硅酸鋁抄出的紙張，與未修飾的粉體相比，其紙張的松厚度、白度、不透明度和吸收性基本不變的情況下，紙張的抗張指數(shù)提升了28.7%，耐破指數(shù)提升了33.3%，耐折度提升了331.4%,撕裂指數(shù)提升了9.4%。實例4稱取90克ZnS(V7H20加入適量水配制成硫酸鋅飽和溶液，取需改性的超細(xì)硅酸鋁粉體100g,分散于硫酸鋅飽和溶液中，攪拌均勻后，浸泡1小時。稱取10克尿素加入適量水配制成尿素的飽和溶液，在漿液中加入尿素溶液，攪拌均勻后，浸泡30分鐘。過濾，濾餅置于烘箱中在105'C下反應(yīng)1小時后，置于馬福爐中于8(Xrc下煅燒l小時，粉碎，過400目篩網(wǎng)，即得產(chǎn)品。使用修飾后的超細(xì)硅酸鋁抄出的紙張，與未修飾的粉體相比，其紙張的松厚度、白度、不透明度和吸收性基本不變的情況下，紙張的抗張指數(shù)提升了35.7%,耐破指數(shù)提升了29.8%，耐折度提升了360.2%,撕裂指數(shù)提升了16.7%。各種粉體所抄紙張的性能對比下面這個表是修飾前后的超細(xì)硅酸鋁、金紅石鈦白粉和輕質(zhì)碳酸鈣等粉體所抄紙張的性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從上表可看出，經(jīng)過修飾后的超細(xì)硅酸鋁粉體在造紙中有良好的應(yīng)用性能，并且該修飾工藝簡單，對設(shè)備的要求不高，具有良好的推廣前景。權(quán)利要求1.一種超細(xì)硅酸鋁粉體的沉淀包膜表面修飾方法，具體操作如下稱取18-90克ZnSO4·7H2O加入適量水配制成硫酸鋅飽和溶液，稱取100克的超細(xì)硅酸鋁分散于硫酸鋅飽和溶液中，攪拌均勻后，浸泡0.5-3小時。在漿液中加入一定量的沉淀劑飽和溶液，攪拌均勻后，浸泡10-30分鐘。過濾，濾餅置于烘箱中在105℃下反應(yīng)1小時后，置于馬福爐中于800-1000℃下煅燒0.5-6.5小時，粉碎，過篩，即得產(chǎn)品。2、如權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)硅酸鋁粉體的沉淀包膜表面修飾方法，其特征是包膜物質(zhì)為氧化鋅，氧化鋅具有致密，高折射率的特點，呈白色六角晶系結(jié)晶或粉末，無味、無毒、質(zhì)細(xì)膩，相對密度5.606，折射率2.008-2.029，熔點1975'C，屬兩性氧化物。包膜用氧化鋅量為超細(xì)硅酸鋁粉體的重量百分比10-50%,優(yōu)選用量為30-50%。3、如權(quán)利要求1所述的一種超細(xì)硅酸鋁粉體的沉淀包膜表面修飾方法，其沉淀劑可以為尿素、氨水、尿素-氨水混合物等物質(zhì)的飽和溶液。沉淀劑所提供的羥基與硫酸鋅提供的Zn"的摩爾比為2.0-3.0，優(yōu)選比例為2.1-23。全文摘要本發(fā)明采用氧化鋅沉淀包膜法修飾了超細(xì)硅酸鋁粉體，通過表面修飾提高粉體的基本物性，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。其工藝特點在于用硫酸鋅飽和溶液充分浸泡超細(xì)硅酸鋁粉體，然后加入沉淀劑飽和溶液，充分混合，先于105℃下反應(yīng)制備氫氧化鋅沉淀包膜硅酸鋁粉體后，高溫煅燒脫水制備氧化鋅包膜，粉碎，過篩，制得產(chǎn)品。通過以上方法得到的產(chǎn)品所抄出的紙張的物理機(jī)械性能得到大幅度提升。本發(fā)明修飾后的超細(xì)硅酸鋁粉體在造紙中有良好的應(yīng)用性能，并且該修飾工藝簡單，對設(shè)備的要求不高，具有良好的推廣前景。文檔編號C09C1/28GK101235225SQ200710056670公開日2008年8月6日申請日期2007年1月31日優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日發(fā)明者浩于,燕吳申請人:天津科技大學(xué)