CN103482638B

CN103482638B - 一种有机膨润土的制造方法

Info

Publication number: CN103482638B
Application number: CN201310429645.2A
Authority: CN
Inventors: 龚庆伟; 祝海平
Original assignee: Zhejiang Blue Or Green Rainbow Novel Material Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Blue Or Green Rainbow Novel Material Co Ltd
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: CN103482638A

Abstract

本发明公开了一种有机膨润土的制造方法，包括以下步骤：1）打浆；2）沉浆；3）旋流除沙器进行除沙；4）卧式离心机进一步过滤固体杂质；5）通过碟片离心机进行液-液分离，得到浓缩的钠基蒙脱石浆液；6）含固量测定；7）加入纯碱；8）升温，加入硫酸调节pH值，保温；9）有机化覆盖反应：加入白油、十八烷基三甲基氯化铵；10）压干；11）烘干。本发明制得的有机膨润土，在有机体系中分散粒径更细，既适用于低中极性溶剂，也适用于中高极性体系，使用中可以不加活化剂自活化分散，无需制成预凝胶，可在加工过程任一阶段加入，无须研磨，可在面漆、木器漆、家具漆等对光泽度有较高要求的涂料中使用。

Description

一种有机膨润土的制造方法

技术领域

本发明涉及有机膨润土生产制造领域，尤其涉及一种有机膨润土的制造方法。

背景技术

有机膨润土是一种无机矿物／有机铵复合物，以膨润土为原料，利用膨润土中蒙脱石的层片状结构及其能在水或有机溶剂中溶胀分散成胶体级粘粒特性，通过离子交换技术***有机覆盖剂而制成的。有机膨润土在各类有机溶剂、油类、液体树脂中能形成凝胶，具有良好的增稠性、触变性、悬浮稳定性、高温稳定性、润滑性、成膜性，耐水性及化学稳定性，在涂料工业中有重要的应用价值，在油漆油墨、航空、冶金、化纤、石油等工业中也有广泛的应用。

有机膨润土的生产主要是三个过程的重要控制，分别是钠化改型过程、分离纯化过程和有机覆盖反应过程。现有技术中，原土钠化改型时采用碳酸钠和氟化钠配合进行钠化改型，碳酸钠改型的浆液稠度大，黏滞性较大，不利于沙质成分有效去除；浆液的分离提纯过程中，现有的技术采用单一的卧式离心机分离，分离提纯效果一般，造成有机土成品内部含有杂质成分，成品在实际使用中的分散效果差，且胶粒较粗；有机化覆盖反应过程中，现有的技术采用单一的C12～C18季铵盐阳离子进行覆盖反应，此类产品不利于中高极性体系中使用，且具有一定的消光性，不利于在面漆、木器漆、家具漆等对光泽度有较高要求的涂料中使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中上述的技术缺陷，提供一种有机膨润土的制造方法，通过该方法制得的有机膨润土，在有机体系中分散粒径更细，完全分散下粒径可达到30微米一下，既适用于低中极性溶剂，也适用于酯类、酮类、醇类等中高极性体系，并且使用中可以不加活化剂自活化分散，无需制成预凝胶，可在加工过程任一阶段加入，无须研磨，可在面漆、木器漆、家具漆等对光泽度有较高要求的涂料中使用。

为解决上述问题，本发明的一种有机膨润土的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）打浆：将钙基蒙脱石原土加水搅拌制成浆液，加入原土重量2.5～3.5%的氟化钠与碳酸钠混合物作为钠化改型剂，搅拌反应2.5～5小时；加入上述总土重量（即原土、碳酸钠、氟化钠的总重量）0.1～0.3%的焦磷酸钠，搅拌反应0.5～1.5小时；

2）沉浆：将步骤1中获得的浆液在重力作用下进行沉淀，去除沉淀物，沉淀时间16～24小时；

3）将沉淀后的浆液通过旋流除沙器进行除沙处理，该步骤能够去除大颗粒的沙土质成分，从而使浆液的浓度变稀；

4）将浓度变稀的浆液通过卧式离心机进一步过滤固体杂质；

5）通过碟片离心机对步骤4中过滤后的浆液进行液-液分离，得到浓缩的钠基蒙脱石浆液；

6）含固量测定：测定步骤5中得到浓缩浆液中所包含固体的总重量；

7）加入纯碱：加入步骤6中测得的含固量1～2%的纯碱；

8）升温至70～85℃，加入硫酸调节pH值为5～6，保温0.5～1.5小时；

9）有机化覆盖反应：加入含固量7～9%的白油，加入含固量38～41%的十八烷基三甲基氯化铵，反应0.5～1.5小时，得到有机膨润土与水的混合浆液；

10）压干：通过板框压滤机将有机膨润土与水分离，获得含水量40～45%的有机膨润土块；

11）烘干：通过烘干设备将步骤10得到的有机膨润土块进行烘干，使含水量降为2～3.5%。

所述步骤11后还包括：

12）粉碎：通过粉碎机器将烘干的有机膨润土块研磨成粒径过200目筛的白色粉末。

所述步骤8中升温至80℃。

所述步骤1中，加入原土重量3%的氟化钠与碳酸钠混合物。

所述氟化钠与碳酸钠混合物包括原土重量2%的碳酸钠和原土重量1%的氟化钠。

所述步骤1中加入总土量0.2%的焦磷酸钠。

所述步骤7中加入含固量1.5%的纯碱。

所述步骤9中加入含固量8%的白油，加入含固量40%的十八烷基三甲基氯化铵。

本发明的有机膨润土的制造方法，与现有工艺有所改进的地方在于以下四个步骤，具体各个步骤带来的有益效果如下：

第一是钠化改型过程，此过程中多加入了为总土重量0.2%的焦磷酸钠（Na₄P₂O₇.nH₂O），焦磷酸钠的加入降低了原工艺中碳酸钠改型时浆液的稠度，利于浆液在旋流除沙器使用过程和离心机分离工程中沙土等杂质成分有效去除；

第二是旋流除沙器的使用过程，本发明工艺中使用的旋流除沙器可以为烟台金洋旋流器有限公司制造，它的使用使浆液中的不同密度成分在涡流中达到物理分级，去除了大颗粒的沙土质成分，使浆液的浓度变稀，降低了离心机分离的处理负荷，提高了离心机的分离效果，从而提高了浆液中的有效成分蒙脱石含量；

第三是碟片离心机的使用过程，碟片离心机可以为南京中船绿洲公司制造，它的使用充分提高了钠基蒙脱石的分离纯化效果，使浆液中的粒径达到≤5μm，浆液的固体总含量中钠基蒙脱石达到质量百分比90%以上；

第四是覆盖反应过程，这个过程包括含固量测定、加入纯碱、升温到70～85℃、调pH值到5～6、保温一小时、加入白油、加入十八烷基三甲基氯化铵覆盖反应一小时等步骤；随着纯碱和白油的加入，阳离子覆盖剂十八烷基三甲基氯化铵与蒙脱石的反应更加充分，蒙脱石晶层间距进一步扩大，从而使更多的白油和游离的十八烷基三甲基氯化铵通过配位吸附***蒙脱石分子晶层中，使得反应后有机土的疏水亲油性增加。

附图说明

图1为本发明有机膨润土的制造方法的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图所示，本发明的一种有机膨润土的制造方法，遵循的设计原理如下所述：

一、钠化改型原理

膨润土矿的目的矿物蒙脱石，是一种性能独特的铝硅酸盐矿物，由两层SiO四面体片中间夹一层AIO（OH）八面体片组成的层片状矿物，构成2：1型结构，晶层具有水分子和可交换性阳离子。蒙脱石结构单元层中的Si⁴⁺可被A1³⁺置换，八面体层内的Al³⁺常被Mg²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺等多价离子置换，由于低价阳离子替代高价阳离子，使结构产生多余的负电价，为了保护电中性，在结构层之间，除水分子之外，存在较大半径的阳离子Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等，这些阳离子是可交换的，使蒙脱石具有离子交换性、吸水性、膨胀性、触变性、吸附性等一系列有价值的特性。

产品生产中使用的原土为钙基膨润土，由于钠基膨润土较钙基膨润土在物理化学性质和工艺技术上性能优越，主要表现在：吸水速度慢，但吸水率和膨胀倍数大；阳离子交换量高；在水介质分散性好，胶质价高；它的胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好；热稳定性好。所以需要对钙基膨润土进行钠化改型，钠化改型的原理：Ca²⁺-蒙脱石+2Na⁺=2Na⁺-蒙脱石+Ca²⁺。

二、分离纯化过程

传统的分离纯化采用卧式离心机分离，本生产工艺流程采用旋流除沙器（烟台金洋旋流器有限公司生产）、卧式离心机（宁波海申机电总厂制造）、碟片离心机（南京中船绿洲公司制造）联合使用，使浆液达到最佳的分离纯化效果，从而得到高纯度的钠基蒙脱石，在最终获得浆液的固体总含量中蒙脱石含量高达质量百分比90%以上，浆液中固体粒径达到≤5μm。

三、有机化覆盖反应过程

层间高价阳离子蒙脱石双电层水化膜薄，膨胀倍数低；低价阳离子(Na⁺、K⁺等)水化膜厚，膨胀倍数高。因此，钠基蒙脱石再将其与有机覆盖剂反应。有机覆盖剂通常是一类碳链长度大于12的阳离子表面活性剂，与蒙脱石晶层间的Na⁺按下式实现离子交换反应，使亲水性蒙脱石变为疏水性蒙脱石：Na⁺-蒙脱石+[NHa·R4-a]CI=[NHa·R4-a]-蒙脱石+NaCI。

在上述有机膨润土生产的三个基本原理下，我公司设计了如附图所示的工艺流程图，每个步骤具体操作如下进行：

1、打浆：将来自安吉的钙基蒙脱石原土加水在搅拌机搅拌下制成浆液，加入钠化改型剂，钠化改型中使用的改型剂有很多，如硅酸钠、碳酸钠、氟化钠、氯化钠、氢氧化钠、硫酸钠、焦磷酸钠等等，通过实验数据分析和实际生产的经验总结，从钠化改型后钠土的阳离子交换容量、钠基土含量、钠蒙脱石分子水化膜厚度进行分析总结，由于碳酸钠和氟化钠的钠化效果较优，因此确定采用氟化钠和碳酸钠进行协同钠化。理论上来说钠化改性剂的加入量增加，钠化效果会提高，但当浓度达到一定值时趋于稳定，浓度太大，反而钠化效果下降，一般加入量选择为总土量2.5～3.5%之间，考虑成本因素和钠化效果，本工艺优选加入总土量的3%的氟化钠与碳酸钠混合物，所述氟化钠与碳酸钠混合物优选为包括原土重量2%的碳酸钠和原土重量1%的氟化钠，搅拌反应2.5～5小时，本工艺优选为3小时；

原生产工艺到此即可进入下一阶段，本发明工艺在钠化改型后加入上述总土重量（即原土、碳酸钠、氟化钠的总重量）0.1～0.3%的焦磷酸钠，本工艺优选为0.2%，搅拌反应0.5～1.5小时，优选为1小时；

焦磷酸钠既能够进一步钠化作用，另外其又是一种分散剂，可以降低原碳酸钠改型时浆液的稠度，有利于重沙质等杂质在重力作用下沉淀去除，提高了浆液在旋流除沙器使用过程和离心机分离工程中沙土等杂质成分去除效率；

2、沉浆：将上述步骤1中获得的浆液在重力作用下使砂等颗粒物进行沉淀，沉淀时间16～24小时，去除沉淀物；

3、将沉淀后的浆液通过旋流除沙器进行除沙处理，该步骤能够去除大颗粒的沙土质成分，从而使浆液的浓度变稀；

由于砂水的密度不同，在离心力、向心浮力、流体曳力作用下，使密度低的清水上升，由溢流口排出，密度大的砂沉降到底部并由排砂口排出，从而达到除砂的目的；

该步骤中将沉好的浆液通过旋流除沙器处理，这个过程使用两台不同型号的旋流除沙器，先通过烟台金洋旋流器有限公司生产的JY100-2-J型去除较大颗粒，然后通过JY75-4-J型进一步浓缩，使浆液中的不同密度成分在涡流中达到物理分级，去除了大颗粒的沙土质成分，使浆液的浓度变稀，降低了离心机分离的处理负荷，提高了离心机的分离效果，从而提高了浆液中的有效成分蒙脱石含量；

4、将浓度变稀的浆液通过卧式离心机进一步过滤固体杂质；

卧式离心机的原理是利用高速旋转的转鼓产生离心力把悬浮液中的固体颗粒截留在转鼓内，并在力的作用下向机外自动卸出；同时在离心力的作用下，悬浮液中的液体通过过滤介质、转鼓小孔被甩出，从而达到液固分离过滤的目的；卧式离心机的使用去除了浆液中的杂质，提高了浆液中有效成分蒙脱石含量；

5、通过碟片离心机对步骤4中过滤后的浆液进行液-液分离，得到浓缩的钠基蒙脱石浆液；

碟片离心机的工作原理是其转鼓内有相互叠在一起的碟片，碟片与碟片之间有很小的间隙，浆液通过位于转鼓中心的加料管进入转鼓，当浆液通过碟片之间的间隙时，固体颗粒在离心力作用下沉降到碟片上形成沉渣，又从喷嘴喷出；分离后的清液从出液口排出。碟片离心机使浆液进一步纯化浓缩，达到液-液分离的目的，从而得到高纯度的钠基蒙脱石浆液，浆液的固体总含量中钠基蒙脱石达到质量百分比90%以上，浆液中固体的粒径达到≤5μm，含固量达到2g/100ml左右；

6、含固量测定：测定步骤5中得到浓缩浆液中所包含固体的总重量，从而确定后续步骤中纯碱、白油、十八烷基三甲基氯化铵的添加量；

7、加入纯碱：加入步骤6中测得的含固量1～2%的纯碱；本工艺优选为1.5%的纯碱；

8、升温至70～85℃：通过实验确定有机化覆盖反应的最佳反应温度为70～85℃，本工艺流程优选为80℃；

9、加酸调节PH5～6：加入硫酸调节pH值，使浆液成酸性环境，这一环境可以是蒙脱石层间的一些铁离子等杂质成分析出，疏通蒙脱石晶体的层间空隙，有利于白油，覆盖剂等有机相***蒙脱石分子层；

10、保温0.5～1小时：保温的作用是使蒙脱石分子层间与酸充分反应，为后面的有机化覆盖反应做好基础；本工艺优选为1小时；

11、有机化覆盖反应：加入含固量7～9%的白油，加入含固量38～41%的十八烷基三甲基氯化铵，反应0.5～1.5小时，得到有机膨润土与水的混合浆液；

加入白油、加入十八烷基三甲基氯化铵的顺序可以对换，影响不大。

白油是一种白色矿物油，无色无味，化学惰性，光安定性能好，可作为合成树脂和塑料加工等工业中的湿润剂溶剂和润滑剂等。白油的加入可以使十八烷基三甲基氯化铵更充分的与钠基蒙脱石进行有机化反应，他们的配合作用，使蒙脱石层间距进一步扩大，从而使更多的白油和游离的十八烷基三甲基氯化铵通过配位吸附***蒙脱石分子晶层中，使得反应后有机土的疏水亲油性增加，增加其在涂料油漆等产品的光泽度。反应一个小时保证了浆液有机化反应完全；

本发明优选为加入含固量8%的白油，加入含固量40%的十八烷基三甲基氯化铵，反应1小时；

12、压干：通过板框压滤机将反应好的有机膨润土与水分离，获得含水量40～45%的有机膨润土块，为烘干做准备。

13、烘干：通过烘干设备将有机膨润土块烘干，使含水量降为2%～3.5%，达国家标准；

14、粉碎：通过粉碎机器将烘干的有机膨润土块研磨成粒径过200目筛的白色粉末；

15、包装：用专用包装袋将粉末成品包装成25KG每包，包装袋两层，内为塑料薄膜袋外为编织纤维袋包装；

16、成品检测：成品质量检测员对产品各项指标经行检测，包括粉末的细度、水分、白度、胶体率、凝胶粘度、分散细度等；

17、入库：对于成品检测合格的产品存入成品仓库，对于不合格产品进行处理后入库。

整个工艺流程中钠化改型过程、分离纯化过程和有机覆盖反应过程是本发明的关键点。通过本发明的有机膨润土制造方法，可以制得高纯度易分散自活化的有机膨润土，适用于二甲苯、二甲苯-酯类、二甲苯-酮类等中高极性体系，可不加活化剂自活化分散。

Claims

1.一种有机膨润土的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）打浆：将钙基蒙脱石原土加水搅拌制成浆液，加入原土重量2.5～3.5%的氟化钠与碳酸钠混合物，搅拌反应2.5～5小时；加入总土重量0.2%的焦磷酸钠，搅拌反应0.5～1.5小时,所述总土重量为原土、碳酸钠、氟化钠的总重量；

2）沉浆：将步骤1）中获得的浆液在重力作用下进行沉淀，沉淀时间16～24小时，去除沉淀物；

4）将浓度变稀的浆液通过卧式离心机进一步过滤固体杂质；

5）通过碟片离心机对步骤4）中过滤后的浆液进行液-液分离，得到浓缩的钠基蒙脱石浆液；

6）含固量测定：测定步骤5）中得到浓缩浆液中所包含固体的总重量；

7）加入纯碱：加入步骤6）中测得的含固量1～2%的纯碱；

8）升温至80℃，加入硫酸调节pH值为5～6，保温0.5～1.5小时；

9）有机化覆盖反应：加入含固量8%的白油，加入含固量40%的十八烷基三甲基氯化铵，反应0.5～1.5小时，得到有机膨润土与水的混合浆液；

11）烘干：通过烘干设备将步骤10）得到的有机膨润土块进行烘干，使含水量降为2～3.5%。

2.如权利要求1所述的有机膨润土的制造方法，其特征在于，所述步骤11）后还包括：

3.如权利要求1所述的有机膨润土的制造方法，其特征在于，所述步骤1）中，加入原土重量3%的氟化钠与碳酸钠混合物。

4.如权利要求1所述的有机膨润土的制造方法，其特征在于，所述氟化钠与碳酸钠混合物包括原土重量2%的碳酸钠和原土重量1%的氟化钠。

5.如权利要求1所述的有机膨润土的制造方法，其特征在于，所述步骤7）中加入含固量1.5%的纯碱。