一種納米凹土有機(jī)表面改性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米凹土有機(jī)表面改性的方法，具體為一種采用陰離子表面活性劑對納米凹土進(jìn)行有機(jī)化表面改性的方法。經(jīng)表面改性的納米凹土在有機(jī)體系具有良好的相容性和分散性。屬于非金屬礦深加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]凹土是一種天然硅酸鹽礦物，其典型化學(xué)式為Sis02(]Mg5(OH)2.4Η20，凹土的顯微結(jié)構(gòu)由三個(gè)層次構(gòu)成，一是其基本結(jié)構(gòu)單元為棒晶，棒晶呈纖維狀，長0.5?2μπι，直徑為
0.01?0.02 μ m,屬于一維納米材料。二是由棒晶緊密平行聚集而成棒晶束。二是由晶束相互聚集而成各種聚集體。納米凹土表面呈親水性，適合于極性體系中使用。但加入塑料、橡膠、化纖、溶劑型涂料等有機(jī)體系中難以分散，不能體現(xiàn)納米凹土的特殊功能。為改善納米凹土在有機(jī)體系的相容性和分散性，改進(jìn)添加納米凹土復(fù)合體系的性能，必須對納米凹土進(jìn)行有機(jī)表面改性。由于納米凹土表面含有大量硅羥基和帶負(fù)電，通常用偶聯(lián)劑或陽離子表面活性劑對納米凹土進(jìn)行有機(jī)化表面改性。目前采用陰離子表面活性劑對凹土進(jìn)行改性處理的研究很少。
[0003]天然凹土經(jīng)液相分散和提純后，形成了納米凹土水分散體。由于凹土粒子較細(xì)，進(jìn)行固液分離時(shí)會存在以下問題:如果采用濾餅過濾，由于濾餅的可壓縮性，隨著致密濾餅層的形成，過濾所需的壓差急劇增大，過濾速度卻越來越小。如果采用離心分離，由于納米凹土具有分散懸浮性好、粒子小、與水的密度差小等特點(diǎn)。造成離心分離的能耗高、分離效率低、產(chǎn)品流失嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一是提供一種低成本、使用性能好的有機(jī)納米凹土制備方法。本發(fā)明的目的之二是通過表面改性改變納米凹土的表面性質(zhì)和濾餅結(jié)構(gòu)，提高固液分離過程中納米凹土過濾速度、減少納米凹土的流失率。
[0005]本發(fā)明的原理是首先通過無機(jī)表面處理改變納米凹土的表面的電性質(zhì)，由帶負(fù)電荷變成帶正電荷，從而靠靜電引力可以吸附陰離子表面活性劑，達(dá)到表面改性和提高固液分離效率的作用。
[0006]本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)解決方案是:
一種納米凹土有機(jī)表面改性方法，首先將天然凹土進(jìn)行分散和提純處理，并制備納米凹土水分散體。
[0007]以下對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，工藝步驟如下:
1、納米凹土的無機(jī)表面改性:將經(jīng)分散和提純處理所得的納米凹土水分散體加熱至40?100°C，在攪拌的狀態(tài)下，對納米凹土進(jìn)行無機(jī)表面改性，納米凹土表面包覆物為ZnO水合物、Al2O3水合物和MgO水合物中的一種、二種或三種，無機(jī)包覆物(以氧化物計(jì))與凹土質(zhì)量比為5%?30%。
[0008]2、納米凹土的有機(jī)表面改性:首先，調(diào)節(jié)經(jīng)無機(jī)表面包覆納米凹土水分散體的PH值，使納米凹土表面帶正電；然后在攪拌的狀態(tài)下，加入所需的陰離子表面活性劑，陰離子表面活性劑與凹土質(zhì)量比為3%?20%。加入之前陰離子表面活性劑最好先溶解在去離子水中；加完后繼續(xù)攪拌5?600min。
[0009]3、后處理:反應(yīng)結(jié)束后，對產(chǎn)物進(jìn)行固液分離、洗滌、干燥、粉碎。最終得到經(jīng)陰離子表面活性劑表面改性的納米凹土。
[0010]納米凹土經(jīng)過本發(fā)明所述的方法表面改性后，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、納米凹土漿液很容易沉淀分層，過濾速率明顯變快，可用常用的過濾設(shè)備(如板框過濾機(jī)、葉濾機(jī)、真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)、離心機(jī)等)方便地進(jìn)行固-液分離操作。
[0011]2、由于本發(fā)明中的納米凹土表面包覆有無機(jī)表面處理劑,且吸附有一層或多層陰離子表面活性劑。這樣增大了納米凹土顆粒之間的距離，增加了納米凹土粒子的空間位阻作用。可以有效阻礙干燥過程中納米凹土粒子之間的相互接觸，減輕納米凹土粒子間團(tuán)聚現(xiàn)象。因此所制備的納米凹土團(tuán)聚少、分散性好。
[0012]3、過去一般采用偶聯(lián)劑或陽離子表面活性劑對凹土進(jìn)行有機(jī)表面改性，但偶聯(lián)劑或陽離子表面活性劑的市場價(jià)格高，而本發(fā)明所采用的為陰離子表面活性劑，陰離子表面活性劑的價(jià)格相對便宜。所以本發(fā)明制造的有機(jī)納米凹土的成本較低。
[0013]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
將天然凹土礦物加入溶有4%焦磷酸鈉(與凹土的質(zhì)量比)的去離子水中，配制成含凹土 80g/L的懸浮液，用乳化機(jī)高速分散2h，靜置100h。將所得納米凹土水分散體的pH值調(diào)節(jié)到9.5,升溫至40°C, —邊攪拌,一邊向納米凹土水分散體中并流滴加0.3mol.L 1的硫酸鋅水溶液和0.6mol -L 1的稀氨水，維持反應(yīng)溫度40°C，pH = 9.0?10.0, 2h內(nèi)滴加占凹土質(zhì)量5% (以ZnO計(jì))的硫酸鋅。滴完后，用稀硫酸調(diào)節(jié)pH = 4.5，熟化0.5h。在攪拌的狀態(tài)下，加入占凹土質(zhì)量3%的月桂酸鈉，加完后，繼續(xù)攪拌5min。固液分離、洗滌，將洗滌干凈的納米凹土濾餅在110°C下干燥10h，氣流粉碎，可得到親油性的納米凹土粉體。
[0014]實(shí)施例2:將天然凹土礦物加入溶有4%焦磷酸鈉(與凹土的質(zhì)量比)的去離子水中，配制成含凹土 80g/L的懸浮液，用乳化機(jī)高速分散2h，靜置100h。將所得納米凹土水分散體的pH值調(diào)節(jié)到9.5，升溫至100°C，一邊攪拌，一邊向納米凹土水分散體中并流滴加0.3mol.L 1的硫酸鋅水溶液和0.6mol.L 1的稀氨水，維持反應(yīng)溫度100°C，pH =
9.0?10.0，4h內(nèi)滴加占凹土質(zhì)量30% (以ZnO計(jì))的硫酸鋅。滴完后，用稀硫酸調(diào)節(jié)pH=4.5，熟化0.51!。在攪拌的狀態(tài)下，加入占凹土質(zhì)量20 %的月桂酸鈉，加完后，繼續(xù)攪拌1h0固液分離、洗滌，將洗滌干凈的納米凹土濾餅在110°C下干燥10h，氣流粉碎，可得到親油性的納米凹土粉體。
[0015]實(shí)施例3:
將天然凹土礦物加入溶有3%聚丙酸鈉(與凹土的質(zhì)量比)的去離子水中，配制成含凹土 60g/L的懸浮液，用超聲波分散器超聲分散2h，靜置24h。將所得納米凹土水分散體的PH值調(diào)節(jié)到9.5，升溫至70°C，一邊攪拌，一邊向納米凹土水分散體中并流滴加0.6mol.L 1的鋁酸鈉水溶液和0.6mol.L 1的稀硫酸，維持反應(yīng)溫度70°C，pH = 9.0?
10.0，3h內(nèi)滴加占凹土質(zhì)量10% (以Al2O3計(jì))的鋁酸鈉。滴完后，用稀硫酸調(diào)節(jié)pH =5.0，熟化0.51!。在攪拌的狀態(tài)下，加入占凹土質(zhì)量8%的硬脂酸鉀，加完后，繼續(xù)攪拌5h。固液分離、洗滌，將洗滌完的納米凹土濾餅在110°C下干燥10h，氣流粉碎，可得到親油性的納米凹土粉體。
[0016] 實(shí)施例4:
將天然凹土礦物加入溶有5%六偏磷酸鈉(與凹土的質(zhì)量比)的去離子水中，配制成含凹土 120g/L的懸浮液，用乳化機(jī)高速分散2h，超聲分散lh，靜置24h。將所得納米凹土水分散體用0.3mol.L 1的硅酸鈉水溶液把懸浮液的pH值調(diào)節(jié)到9.5，升溫至40°C，一邊攪拌，一邊向納米凹土水分散體中并流滴加0.4mol.L 1的氯化鎂水溶液和0.8mol.L 1的氫氧化鈉水溶液，維持反應(yīng)溫度40?45°C，pH = 10.0?11.0, Ih內(nèi)滴加占凹土質(zhì)量5%的氯化鎂(以MgO計(jì))，滴完后，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH = 8.0，熟化0.5h。在攪拌的狀態(tài)下，力口入占凹土質(zhì)量3%的十二烷基硫酸鈉，加完后，繼續(xù)攪拌5min。固液分離、洗滌，將洗滌完的納米凹土濾餅在110°C下干燥10h，氣流粉碎，所得粉體為親油性的納米凹土粉體。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米凹土有機(jī)表面改性的方法，工藝步驟如下:(I)納米凹土的無機(jī)表面改性:將經(jīng)分散和提純處理所得的納米凹土水分散體加熱至40?100°C，在攪拌的狀態(tài)下，對納米凹土進(jìn)行無機(jī)表面改性，納米凹土表面包覆物為ZnO水合物、Al2O3水合物和MgO水合物中的一種、二種或三種，以氧化物計(jì)，無機(jī)包覆物與凹土質(zhì)量比為5%?30%; (2)納米凹土的有機(jī)表面改性:首先，調(diào)節(jié)經(jīng)無機(jī)表面包覆納米凹土水分散體的pH值,使納米凹土表面帶正電，然后在攪拌的狀態(tài)下，加入所需的陰離子表面活性劑，陰離子表面活性劑與凹土質(zhì)量比為3%?20%，陰離子表面活性劑先溶解在去離子水再加入，加完后繼續(xù)攪拌5?600min ； (3)后處理:反應(yīng)結(jié)束后，對產(chǎn)物進(jìn)行固液分離、洗滌、干燥、粉碎，最終得到經(jīng)陰離子表面活性劑表面改性的納米凹土。
【專利摘要】一種納米凹土有機(jī)表面改性的方法，工藝步驟如下：(1)納米凹土的無機(jī)表面改性：將經(jīng)分散和提純處理所得的納米凹土水分散體加熱至40～100℃，在攪拌的狀態(tài)下，對納米凹土進(jìn)行無機(jī)表面改性，納米凹土表面包覆物為ZnO水合物、Al2O3水合物和MgO水合物中的一種、二種或三種，以氧化物計(jì)，無機(jī)包覆物與凹土質(zhì)量比為5％～30％；(2)納米凹土的有機(jī)表面改性：首先，調(diào)節(jié)經(jīng)無機(jī)表面包覆納米凹土水分散體的pH值，使納米凹土表面帶正電，然后在攪拌的狀態(tài)下，加入所需的陰離子表面活性劑，陰離子表面活性劑與凹土質(zhì)量比為3％～20％，陰離子表面活性劑先溶解在去離子水再加入，加完后繼續(xù)攪拌5～600min；(3)后處理：反應(yīng)結(jié)束后，對產(chǎn)物進(jìn)行固液分離、洗滌、干燥、粉碎，最終得到經(jīng)陰離子表面活性劑表面改性的納米凹土。
【IPC分類】C09C3/10, C09C1/28, C09C3/06, C09C3/08
【公開號】CN105219126
【申請?zhí)枴緾N201410307136
【發(fā)明人】蔣壽悟
【申請人】蔣壽悟
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2014年7月1日