專利名稱：一種蛭石水溶膠及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水溶膠及其制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種灼燒時能急劇膨脹層解的云母礦物-蛭石水溶膠及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來，國外許多國家對如何利用高效材料生產(chǎn)薄層膨脹防火隔熱涂料進行了大量研究。研制薄層涂料之所以迫切，是因為它不會給結(jié)構(gòu)增重，同時又能保證機械化生產(chǎn)出的材料具有高效的耐火性。上述這種涂料應(yīng)具備導熱系數(shù)小、隔熱良好的特點，并且在化學物質(zhì)的分解、脫水、產(chǎn)生惰性氣體使材料表面含氧量減少、升華和幅射等情況下仍能顯示出其防護特性。水化云母礦——蛭石即能滿足上述大部分的要求。蛭石的熔點高達1370～1400℃，具有極好的耐高溫性能。在高溫作用蛭石能夠發(fā)生膨脹，高溫加熱膨脹后的蛭石具有密度低的特點。由于蛭石層片間有空氣間隔層、蛭石片層對輻射熱具有良好的反射作用等，因此膨脹蛭石具有良好的隔熱效果。
隔熱性能是蛭石的一大優(yōu)良性能，剝分蛭石在這方面的表現(xiàn)尤為突出。由剝分蛭石制備的蛭石保溫、隔熱板對人類健康絕對無害，它能對房屋進行隔熱、隔音、保溫，在受熱時不放出任何氣體，也不會老化。它可以用在以下諸多方面如需耐高溫的公共和生產(chǎn)用房的裝飾；公共和生產(chǎn)設(shè)施的消防用防護板；同其它材料混合制成復(fù)合材料，如耐火隔板、門隔板、防火天花板；用作鋼塔、鋼結(jié)構(gòu)保護套等。
蛭石涂層玻纖織物是用蛭石片狀晶體制成的金色溶液(水基懸浮液)涂覆玻璃纖維織物而制成。蛭石涂覆織物后就像在玻璃纖維表面覆蓋了一層鎧甲，使玻璃纖維防護能力提高50％。蛭石的化學分散體提高了玻璃纖維的耐火耐溫性，能更好地承受火焰直接輻射出來的熱，不燃、不發(fā)煙，在815℃下保持穩(wěn)定，并保持良好的柔曲性，導熱系數(shù)低，提高蛭石/玻璃纖維織物的隔熱性能。由蛭石在纖維表面形成保護膜，可減少纖維之間的相互磨蝕，提高制品耐磨性。除此之外，蛭石涂層玻纖織物還具有強度重量比高、耐大多數(shù)化學品等特性。由于這些優(yōu)點，蛭石涂層玻璃纖維?？捎米魇⒗w維和陶瓷纖維的經(jīng)濟型代用材料。
在炎熱季節(jié)產(chǎn)出的水果、蔬菜等在成熟季節(jié)極易腐爛變質(zhì)，例如油李，果實成熟于酷熱的夏季高溫季節(jié)，果皮薄，果肉多汁，貯藏壽命很短。如果保管不善，往往會因失鮮、腐爛等造成巨大損失。至今在貯運保管過程中使用的包裝材料，仍然是木箱、紙板箱、瓦棱紙箱，筐、袋等，或再加以襯紙，或再加植物葉子或雜草等。因為這些材料只能保護蘋果免受物理損傷，沒有防腐保鮮作用，所以不能滿足市場要求。為減少損失，開發(fā)保鮮包裝材料成為必須。
保鮮包裝材料是在普通包裝材料的基礎(chǔ)上加入保鮮劑或經(jīng)特殊加工處理，賦予保鮮機能的包裝材料。目前已經(jīng)開發(fā)出來的保鮮包裝材料有保鮮包裝紙、保鮮箱、保鮮袋、保鮮薄片簡易保冷容器等。保鮮紙是將長效防腐劑、觸媒型乙烯脫除劑充填到造紙原料中或者侵涂在造好的紙上，使其具有保鮮性能。保鮮箱和保鮮紙的原理相同，可將箱體的全部或者一部分進行保鮮處理，亦可將保鮮紙貼在箱體內(nèi)側(cè)而得到。保鮮袋有硅橡膠窗氣調(diào)袋，防結(jié)露薄膜袋，微孔薄膜袋和混入抗菌劑、乙烯脫涂劑、脫氧劑、脫臭劑等制成的塑料薄膜袋。保鮮包裝材料由于具有許多優(yōu)點，是深受用戶歡迎的大有發(fā)展前途的包裝材料，近年來被廣泛用于果蔬的貯藏保鮮。
利用對環(huán)境和食用物品無害的包裝材料對其進行包裝將大大提高其好果率，且其失重率大大降低，同時可以有效地保持其果實原有的顏色、硬度、品質(zhì)和風味，延長其貯藏和存放的時間。膨脹后的蛭石片具有優(yōu)良的隔熱性能，且直接接觸果實表面對人體不會造成任何的危害，蛭石在保鮮包裝材料的應(yīng)用中大有施展的余地。
用海泡石、硅藻土等來處理重金屬廢水或印染廢水的技術(shù)已有報道，而蛭石用于廢水處理的報道相對較少。重金屬廢水中含有大量的重金屬離子，如Cd、Cu、Fe、Pb、Ni等，這些重金屬離子對人體會產(chǎn)生長期的危害。利用價廉和有效的吸附劑對污水進行處理是環(huán)保的一項重要內(nèi)容。膨脹后的蛭石與海泡石、硅藻土、凹凸棒石相比較，具有質(zhì)量輕、比表面積大、吸附容量大等優(yōu)點，比蛭石原礦具有更大的比表面積，因此以膨脹蛭石作為吸附劑來脫除生活用水中的重金屬及污水中的重金屬離子將很有效。蛭石是2∶1型結(jié)構(gòu)的層狀鋁硅酸鹽礦物，其結(jié)構(gòu)中的層電荷為0.6-0.9，比蒙皂石(0.2-0.6)要高，比云母低，且層電荷主要由四面體層中Al代替Si產(chǎn)生的剩余負電荷引起的，部分來源于八面體片的三價鐵引起的剩余正電荷，兩者抵消后的凈負電荷即為層電荷數(shù)。蛭石具有高層電荷的特點，因此其不帶電的硅氧面面積少，這是其缺點。但也正是其層電荷高，它可以通過離子交換吸附更多的重金屬陽離子。
目前，國內(nèi)將蛭石用于食品保存、廢水處理、隔音隔熱等方面，主要直接利用固體有機膨脹蛭石、剝分蛭石，這大大局限了蛭石的應(yīng)用范圍；而將固體有機膨脹蛭石/剝分蛭石同其它材料混合制成復(fù)合材料，很難保證蛭石在復(fù)合材料中的均勻分散，對材料自身的物理機械性能有一定負面影響。
近年來，我國生產(chǎn)蛭石涂覆玻璃纖維制品時，通常利用物理機械方法將蛭石粉碎到一定的細度后，加入少量合成樹脂，混合制成蛭石懸浮液，這種懸浮液不穩(wěn)定，靜置后易分層，在涂覆前需再次攪拌才能使用。以這種方式制備的懸浮液，其中的蛭石呈顆粒狀或近似球型顆粒，涂覆于玻璃纖維后，成膜性較差，因而對玻璃纖維織物不能充分地形成有效保護。此外由于使用了合成樹脂作為成膜劑，在一定程度上影響了這種涂層制品的耐溫性能。
本發(fā)明將蛭石通過化學膨脹結(jié)合物理剝分的方法制備成水溶膠，蛭石分散性大大提高，比表面積增加，并且溶膠體系中蛭石成片層狀結(jié)構(gòu)。蛭石水溶膠可以直接涂覆于各類材料表面，對材料形成有效保護，克服了固體有機膨脹蛭石、剝分蛭石、蛭石懸浮液等體系的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是克服了固體有機膨脹蛭石、剝分蛭石、蛭石懸浮液等體系在復(fù)合材料中不能均勻分散的缺點，提供了一種能在復(fù)合材料中均勻分散，可直接涂覆于各類材料表面，對材料形成有效保護的蛭石水溶膠；本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供了蛭石水溶膠的制備方法；該方法工藝簡單，成本低。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之三是提供了蛭石水溶膠的用途。
本發(fā)明將蛭石類礦物直接或通過有機插層的方法進行插層膨脹改性的蛭石通過物理方法制成亞微米級或納米級的細小片狀顆粒，然后選擇合適的分散劑制成水溶膠。
本發(fā)明的蛭石水溶膠包括1.粒徑在60-100nm的蛭石，優(yōu)選60-80nm；2.陽離子、陰離子和非離子分散劑；3.水。
分散劑的用量占蛭石用量的0.1％-300％，最好是20％-100％；本發(fā)明的蛭石水溶膠的制備方法，包括如下步驟(1)蛭石的初選用砂磨機、籃式研磨機、磨粉機、球磨機、棒磨機等粉碎設(shè)備對蛭石原礦進行研磨，選取粒徑小于1000um最好是小于10um的部分，自然干燥。
(2)蛭石水溶膠制備在陽離子分散劑、非離子分散劑或陰離子分散劑(分散劑的用量占蛭石用量的0.1％-300％，最好是20％-100％)和水存在的條件下，將干燥的第(1)步制備的蛭石再用砂磨機、籃式研磨機、磨粉機、球磨機、棒磨機或高壓微射均質(zhì)設(shè)備進行二次粉碎，將蛭石粉碎成亞微米級或納米級的細小顆粒，制成蛭石水溶膠。
本發(fā)明的蛭石水溶膠的第二種制備方法，包括如下步驟(1)蛭石的初選用砂磨機、籃式研磨機、磨粉機、球磨機、棒磨機對蛭石原礦進行研磨，選取粒徑小于1000um最好是小于10um的部分，自然干燥。
(2)蛭石的有機插層改性選用碳鏈長度為4-44的烷基季銨鹽化合物，最好是碳鏈長度為4-16的烷基季銨鹽化合物，在1-100倍，最好是1-8倍的CEC用量(陽離子交換用量)和0℃-100℃最好是50℃-80℃下，對第①步制備的蛭石進行有機膨脹改性，干燥。
(3)蛭石水溶膠制備將選用的陽離子、陰離子、非離子分散劑(分散劑的用量占蛭石用量的0.1％-300％，最好是20％-100％)加入經(jīng)第②步陽離子插層改性的蛭石中，再用砂磨機、籃式研磨機、磨粉機、球磨機、棒磨機或高壓微射流均質(zhì)設(shè)備將陽離子插層改性蛭石粉碎，制成亞微米級或納米級的細小顆粒，得到分散穩(wěn)定的蛭石水溶膠。
本發(fā)明的蛭石水溶膠的第三種制備方法，包括如下步驟(1)蛭石的初選用砂磨機、籃式研磨機、磨粉機、球磨機、棒磨機對蛭石原礦進行研磨，選取粒徑小于1000um最好是小于10um的部分，自然干燥。
(2)蛭石的雙氧水膨脹改性選用濃度0.1％-50％最好20％-40％的雙氧水，在1-100倍最好是2-10倍的用量和0℃-100℃最好是20℃-40℃下，對第(1)步制備的蛭石進行剝分改性，干燥。
(3)蛭石水溶膠制備將選用的陽離子、陰離子、非離子分散劑(分散劑的用量占蛭石用量的0.1％-300％，最好是20％-100％)加入經(jīng)第②步雙氧水膨脹改性的蛭石中，再用砂磨機、籃式研磨機、磨粉機、球磨機、棒磨機或高壓微射流均質(zhì)設(shè)備將陽離子插層改性蛭石粉碎，制成亞微米級或納米級的細小顆粒，得到分散穩(wěn)定的蛭石水溶膠。
本發(fā)明的蛭石水溶膠的第四種制備方法，包括如下步驟(1)蛭石的初選用砂磨機、籃式研磨機、磨粉機、球磨機、棒磨機對蛭石原礦進行研磨，選取粒徑小于1000um最好是小于10um的部分，自然干燥。
(2)蛭石的雙氧水膨脹改性選用濃度5-50％最好是20-40％的雙氧水，在1-100倍最好是2-10倍的用量和0℃-100℃最好是20℃-40℃下，對第①步制備的蛭石進行剝分改性，干燥。
(3)蛭石的有機插層改性選用碳鏈長度為4-44的烷基季銨鹽化合物，最好是碳鏈長度為4-16的烷基季銨鹽化合物，在1-100倍最好是1-8倍的CEC用量(陽離子交換用量)和0℃-100℃最好是50℃-80℃下，對第①步制備的蛭石進行有機膨脹改性，干燥。
(4)蛭石水溶膠制備將選用的陽離子、陰離子、非離子分散劑(分散劑的用量占蛭石用量的0.1％-300％，最好是20％-100％)加入經(jīng)第③步改性的蛭石中，再用砂磨機、籃式研磨機、磨粉機、球磨機、棒磨機和高壓微射流均質(zhì)設(shè)備將陽離子插層改性蛭石粉碎，制成亞微米級或納米級的細小顆粒，得到分散穩(wěn)定的蛭石水溶膠。
本發(fā)明的蛭石水溶膠應(yīng)用包括如下1.防火隔熱材料，用于鋼構(gòu)材料的防火隔熱涂料、有機/無機材料的耐火隔熱功能整理、高溫設(shè)施的保溫材料等；2.蔬菜水果的保鮮包裝材料；3.印染廢水、含重金屬廢水等廢水的處理。
利用蛭石水溶膠對各類材料進行包覆改性，蛭石只集中在各類材料表面，對各類材料的物理機械性能影響較小，給結(jié)構(gòu)增重較少，同時又能保證生產(chǎn)出的材料具有蛭石所具有的防火、隔熱、隔音、保溫、強吸附等特點。
由于蛭石水溶膠在水中具有良好的分散性，用于廢水處理時，蛭石在廢水中分散性能好，可充分發(fā)揮蛭石的作用。


圖1蛭石水溶膠制備方法一流程2蛭石水溶膠制備方法二流程3蛭石水溶膠制備方法三流程4蛭石水溶膠制備方法四流程圖具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實施例一1.用直徑為2mm的氧化鋯球在砂磨機中對蛭石原礦5g進行砂磨，時間6小時，用空氣過濾器篩選得到粒徑小于10um的蛭石顆粒。
2.在篩選的蛭石中加入分散劑(分散劑的用量占蛭石用量的100％)后，用直徑為1mm的氧化鋯球在砂磨機中對篩選的蛭石進行砂磨，時間6小時，再用高壓微射流均質(zhì)設(shè)備對砂磨后的蛭石處理10次，得到蛭石粒徑在60-100nm之間的水溶膠。
實施例二1.用直徑為2mm的氧化鋯球在砂磨機中對蛭石原礦5g進行砂磨，時間6小時，用空氣過濾器篩選得到粒徑小于10um的蛭石顆粒。
2.在三頸瓶中加入200ml的二次蒸餾水，將篩選后的蛭石投入二次蒸餾水中，加入6倍CEC量(陽離子交換容量)的烷基季銨鹽化合物(如十六烷基三甲基溴化銨，四甲基溴化銨，雙十八烷基二甲基氯化銨)，在80℃下攪拌反應(yīng)8小時，得到有機膨脹蛭石。
3.將有機膨脹蛭石反復(fù)洗滌，直到無Br-、Cl-存在(用AgNO3進行檢測)。
4.在有機膨脹蛭石中加入分散劑(分散劑的用量占蛭石用量的100％)后，用直徑為1mm的氧化鋯球在砂磨機中對篩選的蛭石進行砂磨，時間6小時，再用高壓微射流均質(zhì)設(shè)備對砂磨后的蛭石處理10次，得到蛭石粒徑在60-100nm之間的水溶膠。
實施例三1.用直徑為2mm的氧化鋯球在砂磨機中對蛭石原礦進行砂磨，時間6小時，用空氣過濾器篩選得到粒徑小于10um的蛭石顆粒。
2.選用濃度30％的雙氧水，在10倍用量和25℃下，對篩選的蛭石進行剝分改性，時間為24小時。
3.在剝分改性蛭石中加入分散劑(分散劑的用量占蛭石用量的100％)后，用直徑為1mm的氧化鋯球在砂磨機中對篩選的蛭石進行砂磨，時間6小時，再用高壓微射流均質(zhì)設(shè)備對砂磨后的蛭石處理10次，得到蛭石粒徑在60-100nm之間的水溶膠。
實施例四1.用直徑為2mm的氧化鋯球在砂磨機中對蛭石原礦進行砂磨，時間6小時，用空氣過濾器篩選得到粒徑小于10um的蛭石顆粒。
2.選用濃度30％的雙氧水，在10倍用量和25℃下，對篩選的蛭石進行剝分改性，時間為24小時。
3.在三頸瓶中加入200ml的二次蒸餾水，將剝分改性后的蛭石投入二次蒸餾水中，加入6倍CEC量(陽離子交換容量)的烷基季銨鹽化合物(如十六烷基三甲基溴化銨，四甲基溴化銨，雙十八烷基二甲基氯化銨)，在80℃下攪拌反應(yīng)8小時，得到二次改性的蛭石。
4.在二次改性蛭石中加入分散劑(分散劑的用量占蛭石用量的100％)后，用直徑為1mm的氧化鋯球在砂磨機中對改性蛭石進行砂磨，時間6小時，再用高壓微射流均質(zhì)設(shè)備對砂磨后的蛭石處理10次，得到蛭石粒徑在60-100nm之間的水溶膠。
權(quán)利要求
1.一種蛭石水溶膠，包括粒徑60-100nm的蛭石，分散劑，水。
2.如權(quán)利要求1所述的一種蛭石水溶膠，其特征在于蛭石粒徑為60-80nm，分散劑為陽離子、陰離子和非離子。
3.一種蛭石水溶膠的制備方法，包括如下步驟(1)蛭石的初選粉碎設(shè)備對蛭石原礦進行研磨，選取粒徑小于1000um的部分，自然干燥。(2)在分散劑和水存在的條件下，將上述蛭石進行二次粉碎，微射流均質(zhì)分散，將蛭石粉碎成細小顆粒，制成蛭石水溶膠。
4.如權(quán)利要求3所述的一種蛭石水溶膠制備方法，其特征在于所述的蛭石初選，干燥后，進行蛭石的有機插層改性用碳鏈長度為4-44的烷基季銨鹽化合物，在1-100倍的陽離子交換用量和0℃-100℃，對初選干燥后的蛭石進行有機膨脹改性，干燥；再制備蛭石水溶膠。
5.如權(quán)利要求3所述的一種蛭石水溶膠制備方法，其特征在于所述的蛭石初選，干燥后，進行蛭石的雙氧水膨脹改性用濃度0.1％-50％雙氧水，在1-100倍用量和0℃-100℃，對初選干燥后的蛭石進行剝分改性，干燥；再制備蛭石水溶膠。
6.如權(quán)利要求3所述的一種蛭石水溶膠制備方法，其特征在于所述的蛭石初選，干燥后，進行蛭石的雙氧水膨脹改性用濃度0.1％-50％雙氧水，在1-100倍用量和0℃-100℃，對初選干燥后的蛭石進行剝分改性，干燥；再進行蛭石的有機插層改性用碳鏈長度為4-44的烷基季銨鹽化合物，在1-100倍的陽離子交換用量和0℃-100℃，對經(jīng)雙氧水膨脹改性的蛭石進行有機膨脹改性，干燥；再制備蛭石水溶膠。
7.如權(quán)利要求3-6所述的一種蛭石水溶膠制備方法，其特征在于所述的蛭石粒徑取小于10um的部分。
8.如權(quán)利要求3-6所述的一種蛭石水溶膠制備方法，其特征在于所述的分散劑的用量占蛭石用量的0.1％-300％。
9.如權(quán)利要求3-6所述的一種蛭石水溶膠制備方法，其特征在于所述的分散劑的用量占蛭石用量的20％-100％。
10.如權(quán)利要求4或6所述的一種蛭石水溶膠制備方法，其特征在于所述的蛭石有機插層改性中，烷基季銨鹽化合物的碳鏈長度為4-16，陽離子交換用量為1-8倍，溫度為50℃-80℃。
11.如權(quán)利要求5或6所述的一種蛭石水溶膠制備方法，其特征在于所述的蛭石的雙氧水膨脹改性中，雙氧水濃度為20％-40％，用量為2-10倍，溫度為20℃-40℃。
12.一種蛭石水溶膠的應(yīng)用，用于防火隔熱材料、蔬菜水果的保鮮包裝材料、和廢水處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能在復(fù)合材料中均勻分散，可直接涂覆于各類材料表面，對材料形成有效保護的蛭石水溶膠及其制備方法和應(yīng)用，蛭石水溶膠包括蛭石顆粒，分散劑，水。蛭石水溶膠的制備方法包括蛭石的研磨初選，加入分散劑后再進行研磨、微射流均質(zhì)分散，制得水溶膠；本發(fā)明所得的蛭石水溶膠主要應(yīng)用于防火隔熱材料，蔬菜水果的保鮮包裝材料，印染廢水、含重金屬廢水等廢水的處理。
文檔編號B65D65/38GK101049942SQ20071003892
公開日2007年10月10日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者毛志平, 毛慶輝, 羋凌佳, 王明勇 申請人:東華大學