CN102649572A - 一种凹凸棒黏土无机凝胶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凹凸棒黏土无机凝胶的制备方法。该方法将凹凸棒黏土制成悬浮液，然后与磷酸盐反应，再与镁盐反应，经离心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土无机凝胶。本发明生产工艺简单安全，生产过程易于控制，原料简单易得，无毒无害，具有低成本、低能耗和环境友好的特点，易于实现大规模生产。

Description

一种凹凸棒黏土无机凝胶的制备方法

技术领域

本发明涉及一种凹凸棒黏土无机凝胶的制备方法，属于非金属矿深加工领域。

背景技术

矿物无机凝胶是一种是由硅、镁、铝和钠等无机元素组成的层链状及架状结构的特种硅酸盐胶体类产品。因其在水中有较强的膨胀能力，并能把有益的流变性质带到含水体系中而广泛应用于精细化工、日化、医药和石油等行业，作为触变剂、增稠剂、分散剂、悬浮剂和稳定剂等使用。

目前，矿物无机凝胶主要是以高纯度膨润土为原料深加工的产品或人工合成的产品。如美国R.T.范德比尔特公司生产的Veegum-T、Vangel和Magnabrite系列产品；英国Laporte公司生产的Laponite产品；国内浙江丰虹黏土化工有限公司生产的SM系列，安吉县永虹膨润土厂生产的ES系列以及安吉宇宏黏土化工有限公司生产的YH系列膨润土无机凝胶等。矿物无机凝胶具有产品附加值高等优点，国外产品价格高达3000-7000美元/吨，国内产品也在5000-20000元/吨。

凹凸棒黏土是一种以凹凸棒石为主要组分具有特殊棒状纤维品体结构的含水富镁铝硅酸盐矿物。凹凸棒黏土的纤维状晶体结构有利于形成纤维网格，其晶体表面的高电位有利于水化，Al³⁺和Mg²⁺之间的异价类质同象置换的广泛存在有利于产生活性表面位置而增强水化性能。因此，它可在水溶液中形成非牛顿液体类型的触变性凝胶。与其他黏土相比，凹凸棒黏土具有更加优良的胶体性能，在相当低的浓度下即可形成高黏度的悬浮液，干燥后收缩率较小，特别是凹凸棒石胶体悬浮液受电解质影响较小，即使在饱和盐水中仍能够保持较好的胶体性能，是较理想的无机凝胶材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种工艺简单，产品性能好，易于实现大规模生产的凹凸棒黏土无机凝胶的制备方法。

本发明要解决的技术问题通过以下方案来实现：

我们将凹凸棒黏土制成悬浮液，然后与磷酸盐反应，再与镁盐反应，经离心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土无机凝胶。

一种凹凸棒黏土无机凝胶的制备方法，其特征在于依次通过下列步骤来制备：

A凹凸棒黏土悬浮液的制备：在搅拌状态下，将凹凸棒黏土加入水中，制成浓度在5-20wt％的悬浮液；

B凹凸棒黏土与磷酸盐反应：在搅拌状态下，在凹凸棒黏土悬浮液中加入磷酸盐，在50-80℃下反应1～4小时；

C凝胶化反应：在搅拌状态下，在上述体系中加入镁盐，继续反应2-4小时，冷却后经离心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土无机凝胶。

磷酸盐为磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、六偏磷酸钠中的任一种或一种以上。

磷酸盐加入量为凹凸棒黏土干料重量的2％～10％。

镁盐为氧化镁、氢氧化镁、硫酸镁、碳酸镁中的任一种或一以上。

镁盐的加入量为凹凸棒黏土干料重量百分比的1～20％。

以下是本发明的原理说明：凹凸棒黏土的晶体结构含有三维立体链，在水中分散后，其棒状晶束分散而形成杂乱的网格，有很强的成胶能力，在相对较低的浓度下就能形成较稳定的悬浮液，这种悬浮液具有非牛顿流体的特征，但它的性质取决于凹凸棒黏土本身特性、浓度和剪切力大小以及pH值等，而凹凸棒黏土本身特性最为关键。凹凸棒黏土晶体结构中的Mg²⁺，由于在成矿过程中Al³⁺或Fe³⁺对Mg²⁺的类质同象置换，体系中还可以进入1个或2个氢离子或其他等价物，才能使凹凸棒黏土在水介质中能稳定悬浮，但直接补偿1个或2个氢离子或其他等价物，只是在凹凸棒黏土的层间，得到的是亚稳态结构。为此，在凹凸棒黏土悬浮液中，先用磷酸盐与凹凸棒黏土层间可交换的Mg²⁺、Al³⁺或Fe³⁺进行交换，以化学吸附的形式吸附在凹凸棒黏土的层间，增大凹凸棒黏土的层间的负电性，并通过磷酸盐分子链的延伸，增大凹凸棒黏土层间的位阻排斥作用和水化排斥作用，使凹凸棒黏土棒晶束形成更杂乱的网格，提高凹凸棒黏土在水中的分散性能。为了增加悬浮稳定性，必须进一步匹配正电荷。因此，当加入镁盐后，带有正电荷的镁盐分散在带有负电荷的凹凸棒石架状结构之中，依靠异性电荷间的静电引力而对带有负电荷的凹凸棒石架状结构形成加强作用，使得该结构抵抗其它离子破坏的能力增强，屈服应力增加，相对流动与变形的阻力增大，粘度提高，触变性增强，表现出较强的凝胶性能。

无机凝胶的晶体结构单元是以纳米计的棒晶，棒长约500～2000纳米，棒宽约20-40纳米。棒晶的表面布满了可交换的阳离子，当凝胶颗粒与水混合时，水与可交换阳离子接触被吸附到棒晶的表面。由于棒晶层面带负电荷，端面带正电荷，水和后迅速形成三维空间的胶体结构，使体系的粘度增大，而具有高度的悬浮性、增稠性、触变性和良好的配伍性、化学稳定性，是理想的水体系增稠流变剂。

本发明具有以下优点：

磷酸盐的作用是提高棒晶表面电位的绝对值，从而产生强的双电层静电斥力作用，同时吸附层还可以产生很强的空间排斥作用，有效地防止棒晶的团聚。

凹凸棒黏土在磷酸盐改性基础上进行胶化处理，可使凹凸棒黏土悬浮液屈服力增加，粘度提高，触变性增强，表现出较强的凝胶性能。2.5％无机凝胶水分散体粘度＞800mpa.s。由于多数有机增稠剂不具屈服值，因而产品可与有机增稠剂复合使用，使体系的粘度、屈服值和流动性得到有效的调节。

产品具有优异的pH稳定性及化学稳定性和热稳定性，与其他有机胶体有较好的相容性和复配性，对水包油和油包水乳化体系具有较好的稳定性能。其分散液可与水相溶的溶剂混合，如甲醇、乙醇、甘油和丙二醇及聚乙二醇。同时有较好的悬浮稳定性，可满足涂料和日化用品增稠的需求。

生产工艺简单安全，生产过程易于控制，所需原料简单易得，无毒无害，具有低成本、低能耗和环境友好的特点，易于实现大规模生产。

具体实施方式

对比样

在搅拌状态下，将凹凸棒黏土加入水中，制成浓度为7％的凹凸棒黏土悬浮液；在70℃下搅拌反应5小时后，冷却后经离心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土产品。

实施例1

在搅拌状态下，将凹凸棒黏土加入水中，制成浓度为7wt％的凹凸棒黏土悬浮液；加入凹凸棒黏土质量百分比2.0％的六偏磷酸钠，70℃下搅拌反应3小时后加入凹凸棒黏土质量百分比10％的氧化镁，继续反应2小时，冷却后经离心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土无机凝胶产品。

实施例2

在搅拌状态下，将凹凸棒黏土加入水中，制成浓度为10wt％的凹凸棒黏土悬浮液；加入凹凸棒黏土质量百分比5.0％的磷酸二氢钠，80℃下搅拌反应2小时后加入凹凸棒黏土质量百分比8％的氢氧化镁，继续反应2小时，冷却后经离心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土无机凝胶产品。

实施例3

在搅拌状态下，将凹凸棒黏土加入水中，制成浓度为15wt％的凹凸棒黏土悬浮液；加入凹凸棒黏土质量百分比2.0％的磷酸钠，70℃下搅拌反应4小时后加入凹凸棒黏土质量百分比12％的碳酸镁，继续反应3小时，冷却后经离心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土无机凝胶产品。

实施例4

在搅拌状态下，将凹凸棒黏土加入水中，制成浓度为8wt％的凹凸棒黏土悬浮液；加入凹凸棒黏土质量百分比1.0％的磷酸钠和2.0％的磷酸二氢钠，80℃下搅拌反应1小时后加入凹凸棒黏土质量百分比3％的硫酸镁，继续反应2小时，冷却后经离心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土无机凝胶产品。

实施例5

在搅拌状态下，将凹凸棒黏土加入水中，制成浓度为8wt％的凹凸棒黏土悬浮液；加入凹凸棒黏土质量百分比5.0％的磷酸钠，70℃下搅拌反应1小时后加入凹凸棒黏土质量百分比3％的硫酸镁和10％的氧化镁，继续反应3小时，冷却后经离心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土无机凝胶产品。

用该发明制备的凹凸棒黏土无机凝胶的物理化学性能指标如表1所示。

表1 凹凸棒黏土无机凝胶的物理化学性能指标

注：粘度为NDJ旋转粘度计测定数据，为5.0％水分散体(25℃)；

屈服值为六速旋转粘度计600r/min读数，为5.0％水分散体(25℃)。

Claims (5)

1.一种凹凸棒黏土无机凝胶的制备方法，其特征在于依次通过下列步骤来制备：

A凹凸棒黏土悬浮液的制备：在搅拌状态下，将凹凸棒黏土加入水中，制成浓度在5-20wt％的悬浮液；

B凹凸棒黏土与磷酸盐反应：在搅拌状态下，在凹凸棒黏土悬浮液中加入磷酸盐，在50-80℃下反应1～4小时；

C凝胶化反应：在搅拌状态下，在上述体系中加入镁盐，继续反应2-4小时，冷却后经离心、干燥、粉碎得到凹凸棒黏土无机凝胶。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于磷酸盐为磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、六偏磷酸钠中的任一种或一种以上。

3.如权利要求1或2的方法，其特征在于磷酸盐加入量为凹凸棒黏土干料重量的2％～10％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于镁盐为氧化镁、氢氧化镁、硫酸镁、碳酸镁中的任一种或一种以上。

5.如权利要求1或4的方法，其特征在于镁盐的加入量为凹凸棒黏土干料重量百分比的1～20％。