CN112569877A - 一种改性膨润土无机凝胶及其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性膨润土无机凝胶及其制备方法，所述方法包括以下步骤：S1：制备膨润土无机凝胶矿浆；S2：向制备的凝胶矿浆中加入无机矿物，搅拌混合，然后进行陈化反应；S3：陈化后的料浆经干燥得到本产品。本发明不仅制得具有良好分散性的膨润土无机凝胶，而且能保持无机凝胶在水分散体系中的悬浮性能，本发明产品在水悬浮农药、水基涂料等领域具有良好的应用前景。

Description

一种改性膨润土无机凝胶及其制备方法及应用

技术领域

本发明属于无机凝胶领域，涉及一种改性膨润土无机凝胶功能性的方法，尤其涉及一种改性膨润土无机凝胶及其制备方法及应用。

背景技术

膨润土无机凝胶是一种以含有膨润土无机凝胶成分的粘土矿物(如蒙皂石、膨润土和皂土等)为原料，经过原料粉碎、制浆、分离提纯、胶化和干燥等工序，而获得的具有一定纯度的天然无机凝胶产品。膨润土无机凝胶具有独特的层状镁铝硅酸盐结构，层间主要分布有Na⁺。其分散在水溶液中可形成种特有的“卡房式”结构，表现出优异的悬浮性、流变特性和胶体特性等，在牙膏、化妆品、涂料、医药等领域有着广泛的应用。

目前，关于膨润土无机凝胶的制备方法主要有如下几种：

邱俊等(高性能蒙脱石无机矿物凝胶的制备.邱俊等.《化工矿物与加工》,2007(6)：16-18.)以山东某提纯钙基膨润土为原料，研究了制备无机凝胶的最优工艺条件。其以NaF为钠化剂，以焦磷酸钠为磷化剂，以氧化钙为胶化剂，经钠化、磷化和胶化工艺制备了性能优良的蒙脱石无机矿物凝胶。

钱蕴等(焦磷酸钠对改性膨润土分散性的影响.钱蕴等.《涂料工业》,2010,40(10).)通过焦磷酸钠作为分散剂对膨润土水溶液进行改性，研究了焦磷酸钠对改性膨润土结构的影响，并研究了膨润土浓度(5～10％)对分散系结构的影响。

中国发明专利CN1363515A公开了一种天然硅酸镁铝无机凝胶的制备方法，该发明主要步骤包括湿法制浆、降粘剂分散、离心分离提纯、预激活处理、钠离子改性以及后处理等。

中国发明专利CN1257103C公开了一种高纯度硅酸镁铝无机凝胶制备方法，该发明主要步骤中包括原料粉碎、制浆、离心分离提纯、磁选除铁、二次改性、矿浆浓缩、洗涤、干燥等后处理工序。

然而，这些方法制得的膨润土无机凝胶具有极强的亲水性能，在进入水悬浮农药、水基涂料等应用体系时，由于水化速度太快，会出现粉料抱团的情况，导致膨润土在水性介质中分散时间变长。虽然分散时间长对本身悬浮率及粘度等指标没有影响，但是随着生产厂家对原材料、助剂及辅助材料的要求越来越高，对生产效率和成本严格控制，目前的膨润土无机凝胶在水性体系中分散速度慢，影响生产效率，很难达到生产厂家的要求；因此，需要开发一种能在短时间内在水性体系中完全分散的膨润土无机凝胶。

针对上述技术问题，目前常用的帮助膨润土无机凝胶分散的方法是通过加入焦磷酸钠等无机分散剂来减少分散时间。但是焦磷酸钠等无机分散剂的加入，会扰乱层状镁铝硅酸盐结构表面的电荷平衡，从而破坏了原本由正负电荷相互吸引组建起来的“卡房式”空间结构，导致最终膨润土无机凝胶的水溶液粘度过低，甚至无法形成无机凝胶的结构，失去了原有的助悬浮性能。

发明内容

针对现有技术中膨润土无机凝胶在水性体系中分散速度慢，影响生产效率，常规无机分散剂会扰乱膨润土无机凝胶片层结构表面的电荷平衡，破坏膨润土片层结构的“卡房式”空间结构，导致膨润土无机凝胶的水溶液粘度过低，甚至无法形成无机凝胶的结构，失去了原有的助悬浮性能的问题，本发明提供了一种改性膨润土无机凝胶分散性的方法。本发明通过添加适量的无机矿物对膨润土无机凝胶进行复合改性，来实现改性膨润土无机凝胶在水性体系中分散速度的目的。

为达此目的，本发明提供了一种改性膨润土无机凝胶，所述改性膨润土无机凝胶由膨润土无机凝胶与无机矿物复合改性而成，所述无机矿物为精细提纯凹凸棒土和/或海泡石。

优选地，所述无机矿物的用量为所述膨润土无机凝胶质量的10％～200％。

更进一步地，所述无机矿物的用量为所述膨润土无机凝胶质量的10％～100％。

本发明还提供了一种改性膨润土无机凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：制备膨润土无机凝胶矿浆；

步骤S2：向所述步骤S1制备的膨润土无机凝胶矿浆中加入无机矿物，搅拌混合，然后进行陈化反应；

步骤S3：将所述步骤S2中陈化反应后的料浆进行干燥，制得具有良好分散性的改性膨润土无机凝胶。

作为本发明的优选方案，所述步骤S1的具体操作为：将粉状膨润土无机凝胶原料加水制备成浓度为5wt％～15wt％的膨润土无机凝胶矿浆。优选地，制备的膨润土无机凝胶矿浆的浓度可以为：例如5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％或15wt％等。

作为本发明的优选方案，所述步骤S2中的无机矿物为精细提纯凹凸棒土、海泡石中任意一种或两种的组合；优选地，所述步骤S2中的无机矿物的用量为膨润土无机凝胶质量的10％～200％，进一步优选为10％～100％。

作为本发明的优选方案，所述步骤S2中搅拌混合的时间为1～2h，例如1h、1.5h或2h等。所述步骤S2中搅拌混合的温度为20～40℃，例如20℃、23℃、25℃、27℃、30℃、33℃、35℃、37℃或40℃等。

作为本发明的优选方案，所述步骤S2中陈化反应的温度为20～40℃，例如20℃、23℃、25℃、27℃、30℃、33℃、35℃、37℃或40℃等。

优选地，所述步骤S2中陈化反应的时间为2～5天，例如2天、3天、4天或5天等，进一步优选为3天。

本发明中，加入无机矿物搅拌混合改性后，浆料需要进行一定时间的陈化，保证改性充分进行，达到最佳改性效果。

作为本发明的优选方案，所述步骤S3中的干燥为喷雾干燥，优选地，所述干燥的温度为90～110℃，例如90℃、93℃、95℃、97℃、100℃、103℃、105℃、107℃或110℃等。

所述干燥的时间根据实际需要进行调整，此处无特殊限制。

本发明还提供了改性膨润土无机凝胶的应用，所述改性膨润土无机凝胶可应用于水悬浮农药、水基涂料中。

本发明通过添加适量的无机矿物对膨润土无机凝胶进行结构改进，来实现改性膨润土无机凝胶在水性体系中分散速度的目的，其关键因素为无机矿物的选择、用量以及反应浆料的陈化时间。

本发明的工作机理：每种矿物都具有特定的结构，从而决定了其特有的性质；如凹凸棒土，是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，其结构属2：1型粘土矿物，在每个2：1单位结构层中，四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状，由于凹凸棒石独特的晶体结构，使之具有许多特殊的物化及工艺性能，主要物化性能和工艺性能有：阳离子可交换性、吸水性、吸附脱色性，大的比表面积(9.6～36m2/g)以及胶质价和膨胀容，正是由于这些性能，使其在涂料中应用后，入水分散快，涂料的流平性好，防缩孔和鱼眼，不易流挂等，但整体悬浮性能较差；而膨润土无机凝胶，则拥有独特的三维“卡房式”结构，表现出极好的助悬浮性能，利用膨润土与凹凸棒的复合改性，制备出既有很好悬浮性能，又能在水体系中较快分散，且能在水性涂料中助流平、防流挂、防飞溅的新产品。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.实验证明：本发明所得的膨润土无机凝胶，其配制成2.5％的水分散体时，分散时间由原膨润土无机凝胶的15min减少至8min，分散时间显著减少，解决了现有膨润土无机凝胶在水性体系中分散时间长的问题，同时保证水分散体的悬浮性能无明显变化。

2.本发明采用无机矿物对膨润土无机凝胶进行复合改性，相对于现有的有机改性剂，本发明具有更好的环保性，不会污染环境，因而找到了一种更佳的替代方案。

3.本发明的改性方法简单易行，成本较低，适于推广应用。

附图说明

图1是本发明实施例1的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合若干个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离实用新型构思的非实质性改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。

以下各实施例中制备得到的改性膨润土无机凝胶配制成1％水分散体时(静置24h后)，其悬浮性采用如下方法测试：

在250ml烧杯内加入148.5g水，秤取烘干样品1.5g投入烧杯中，放置在磁力搅拌机上搅拌30分钟，倒入100mL量筒中，静置24小时后，读取量筒中浆料析水毫升数。

以下各实施例中制备得到的改性膨润土无机凝胶配制成2.5％水分散体系的分散时间采用如下方法测试：

在250ml烧杯内加入146.25g水，秤取烘干样品3.75g投入烧杯中，放置在磁力搅拌机上开始分散，用秒表开始计时。观察无机凝胶水分散体中物料的分散情况，直至物料在水中完全分散，按下秒表记下所用时间，即为分散时间。

实施例1：

在膨润土无机凝胶原料质量为100kg，配成固含量为10％的无机凝胶浆料中加入25kg凹凸棒土(即无机矿物的用量为膨润土无机凝胶原料质量的25％)，在30℃下搅拌混合1.5h进行改性反应，反应后在30℃下浆料陈化3天，后在100℃下经喷雾干燥，得到改性后的产品。参见图1所示。

实施例2：

在膨润土无机凝胶原料质量为100kg，配成固含量为8％的浆料中加入50kg改性剂凹凸棒土(即无机矿物的用量为膨润土无机凝胶原料质量的50％)，在20℃下搅拌混合2h进行改性反应，反应后在20℃下浆料陈化3天，后在100℃下经喷雾干燥，得到改性后的产品。

实施例3：

在膨润土无机凝胶原料质量为100kg，配成固含量为6％的浆料中加入100kg改性剂凹凸棒土(即无机矿物的用量为膨润土无机凝胶原料质量的100％)，在20℃下搅拌混合2h进行改性反应，反应后在20℃下浆料陈化3天后在100℃下经喷雾干燥，得到改性后的产品。

实施例4：

在膨润土无机凝胶原料质量为100kg，配成固含量为5％的浆料中加入200kg改性剂凹凸棒土(即无机矿物的用量为膨润土无机凝胶原料质量的200％)，在20℃下搅拌混合2h进行改性反应，反应后在20℃下浆料陈化3天，后在100℃下经喷雾干燥，得到改性后的产品。

实施例5：

在膨润土无机凝胶原料质量为100kg，配成固含量为15％的浆料中加入10kg改性剂凹凸棒土(即无机矿物的用量为膨润土无机凝胶原料质量的10％)，在40℃下搅拌混合2h进行改性反应，反应后在40℃下浆料陈化2天，后在90℃下经喷雾干燥，得到改性后的产品。

实施例6：

在膨润土无机凝胶原料质量为100kg，配成固含量为5％的浆料中加入200kg改性剂凹凸棒土(即无机矿物的用量为膨润土无机凝胶原料质量的200％)，在40℃下搅拌混合1h进行改性反应，反应后在40℃下浆料陈化5天，后在110℃下经喷雾干燥，得到改性后的产品。

对比例1：

以现有技术中常规的膨润土无机凝胶产品作为对比例1。

对比例2：

以现有技术中常规的凹凸棒凝胶产品作为对比例2。

将实施例1-4和对比例1-2制备得到的产品配制成水分散体进行分散时间评价和悬浮性能评价，评价结果列于表1中。

表1：实施例1-4和对比例1-2制备得到的产品性能测试表

从实施例1-4和对比例1-2的结果可以看出，由本发明方法制得的无机凝胶产品，配制2.5％的水分散体时，分散时间由原膨润土无机凝胶的15min减少至8min，分散时间显著减少，说明改性剂对膨润土无机凝胶起到了改性作用，解决了现有膨润土无机凝胶在水性体系中分散时间长的问题；并且，本发明方法制得的改性无机凝胶产品，配制2.5％的水分散体时，分散时间明显减少，改性剂用量小于100％时，1％水分散体(静置24h后)悬浮性能的无明显变化，因而可以进一步扩展其应用范围；本发明的改性方法简单易行，成本较低，适于推广应用。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种改性膨润土无机凝胶，其特征在于，所述改性膨润土无机凝胶由膨润土无机凝胶与无机矿物复合改性而成，所述无机矿物为精细提纯凹凸棒土和/或海泡石。

2.根据权利要求1所述的改性膨润土无机凝胶，其特征在于，所述无机矿物的用量为所述膨润土无机凝胶质量的10％～200％。

3.根据权利要求2所述的改性膨润土无机凝胶，其特征在于，所述无机矿物的用量为所述膨润土无机凝胶质量的10％～100％。

4.如权利要求1-3中任一项所述的改性膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：制备膨润土无机凝胶矿浆；

步骤S2：向所述步骤S1制备的膨润土无机凝胶矿浆中加入无机矿物，搅拌混合，然后进行陈化反应；

步骤S3：将所述步骤S2中陈化反应后的料浆进行干燥，制得具有良好分散性的改性膨润土无机凝胶。

5.根据权利要求4所述的改性膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的具体操作为：将粉状膨润土无机凝胶原料加水制备成浓度为5wt％～15wt％的膨润土无机凝胶矿浆。

6.根据权利要求4所述的改性膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的无机矿物为精细提纯凹凸棒土、海泡石中任意一种或两种的组合；所述步骤S2中的无机矿物的用量为膨润土无机凝胶质量的10％～200％。

7.根据权利要求4所述的改性膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中搅拌混合的时间为1～2h，所述步骤S2中搅拌混合的温度为20～40℃。

8.根据权利要求4所述的改性膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中陈化反应的温度为20～40℃；所述陈化反应的时间为2～5。

9.根据权利要求4所述的改性膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的干燥为喷雾干燥，干燥的温度为90～110℃。

10.一种如权利要求1所述的改性膨润土无机凝胶的应用，其特征在于，所述改性膨润土无机凝胶可应用于水悬浮农药、水基涂料中。

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