專利名稱：干法快速制備插層型蛭石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)蛭石以及蛭石精礦進(jìn)行干法有機(jī)插層改性，從而快速得到插層型蛭石的技術(shù)。它是制備的蛭石納米復(fù)合材料的一種前期工藝。
背景技術(shù)：
蛭石是一種2∶1型層狀結(jié)構(gòu)的含鎂的水鋁硅酸鹽次生變質(zhì)礦物，主要為黑云母和金云母經(jīng)低溫?zé)嵋鹤饔玫奈g變產(chǎn)物，其化學(xué)式為Mgx(H2O){Mg3-x[AlSi3O10](OH)2}，包括粘土礦物原料蒙脫石-蛭石族的層狀硅酸鹽，如蒙脫石、蛭石、貝得石、囊脫石、鉻蒙脫石、鋰蒙脫石、鎂蒙脫石、累托石、鈉累托石、皂石、鋅皂石、滑皂石、斯皂石、鋰皂石以及無鋁鋅皂石等。蛭石的晶體結(jié)構(gòu)由兩層硅氧四面體網(wǎng)層夾一層鎂氧八面體層所組成的單位結(jié)構(gòu)層構(gòu)成，由于硅氧四面體中常存在Al替代Si，所以蛭石結(jié)構(gòu)層常呈負(fù)電性，因此結(jié)構(gòu)層間存在陽離子來促進(jìn)電價(jià)的平衡，即可交換性陽離子。同時(shí)蛭石結(jié)構(gòu)層間最高可存在兩層水分子，其間為交換性陽離子所聯(lián)接。蛭石的這種結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的離子交換性、熱膨脹性、吸附性而成為非金屬礦中的一種重要的工業(yè)礦物，目前被廣泛應(yīng)用于建筑、節(jié)能、環(huán)保、農(nóng)牧業(yè)、園藝等領(lǐng)域。
隨著層狀硅酸鹽(如蒙脫石)聚合物納米復(fù)合材料制備技術(shù)的完善和發(fā)展，蛭石因具有類似于蒙脫石的晶體結(jié)構(gòu)以及層間陽離子交換性而受到了越來越多的重視。近來，國內(nèi)外出現(xiàn)了一些有關(guān)聚合物/蛭石納米復(fù)合材料的研究報(bào)道，其中主要采用溶液攪拌法，利用攪拌器對(duì)蛭石及插層劑溶液混合攪拌進(jìn)行有機(jī)化插層。但是該法存在插層速度慢、插層率低、工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致其成本高、工業(yè)化困難。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明通過HAAKE流變儀提供的強(qiáng)機(jī)械力作用，在短時(shí)間內(nèi)即可得到層間距為4.03nm～5.25nm的插層蛭石。同時(shí)由于有機(jī)物的插入，使得蛭石結(jié)構(gòu)層間的結(jié)合力減弱，蛭石片層被進(jìn)一步剝離和細(xì)化，從而也產(chǎn)生了較好的超細(xì)效果。特別值得指出的是，本發(fā)明利用HAAKE流變儀成功地實(shí)現(xiàn)了蛭石的干法插層工藝，這種工藝與傳統(tǒng)的溶液攪拌法相比，沒有液相的引入，因而具有簡(jiǎn)易、高效、環(huán)保的特性，極具工業(yè)化前景。
本發(fā)明的目的在于提供一種高效、實(shí)用、簡(jiǎn)便的方法對(duì)蛭石進(jìn)行插層，其工藝流程不僅利于工業(yè)化生產(chǎn)，更為進(jìn)一步制得蛭石/聚合物納米復(fù)合材料在理論和實(shí)踐上作出準(zhǔn)備。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種干法快速制備插層型蛭石的方法，其特征在于以蛭石原礦為原料，以季銨鹽為插層劑，通過HAAKE扭矩流變儀對(duì)蛭石進(jìn)行有機(jī)插層改性，從而制備一種插層型蛭石。
如上說述的方法具體為1)蛭石原樣粉碎并稱重，加入季銨鹽，使季銨鹽的陽離子交換容量(CEC)為蛭石陽離子交換容量(CEC)的1～4倍；2)將步驟1)所得樣品于常壓100～180℃的下，在HAAKE扭矩流變儀中混合攪拌15～30min，即可得到插層型蛭石。
上述步驟1)中，作為插層劑的季銨鹽優(yōu)選十二烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨中的一種；上述步驟1)中，季銨鹽的陽離子交換容量(CEC)蛭石陽離子交換容量(CEC)優(yōu)選為2∶1；上述步驟2)中，步驟1)所得樣品的混合攪拌溫度為120℃。
本發(fā)明采用的上述方法，可以使季銨鹽快速插入蛭石結(jié)構(gòu)層間，并使其(001)晶面間距由原礦的1.46nm增大到5.25nm。與現(xiàn)有的插層工藝相比，本發(fā)明能夠產(chǎn)生快速、高效的插層反應(yīng)，減少插層反應(yīng)的時(shí)間、提高插層反應(yīng)效率；尤其是插層過程中沒有液相的引入，可去除工藝流程中的烘干過程，大幅度地簡(jiǎn)化了工藝。


圖1是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例1的蛭石原料和十二烷基三甲基溴化銨插層蛭石的XRD2是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例1的蛭石原料和十六烷基三甲基溴化銨插層蛭石的XRD3是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例2的蛭石原料和十八烷基三甲基溴化銨插層蛭石的XRD圖具體實(shí)施方式
實(shí)施實(shí)例1將石家莊市東平礦業(yè)建材廠蛭石經(jīng)過氣流磨粉碎，并過100目篩得原料蛭石VMT，其化學(xué)組成為SiO241.2％，AL2O312.68％，MgO24.22％，CaO0.96％，F(xiàn)eO1.54％，F(xiàn)e2O34.06％，TiO21.33％，K2O5.97％，P2O50.06％，H2O3％，Na2O1.6％，MnO0.043％，TiO5.097％，燒失6.71％。
把40克VMT樣品與2倍CEC的十二烷基三甲基溴化銨放入HAAKE扭矩流變儀中，在120℃下，以120rpm的轉(zhuǎn)速混合攪拌30min，取出的樣品經(jīng)過離心、過濾，用去離子水反復(fù)洗滌5到7次，經(jīng)Ag+檢測(cè)無白色沉淀(AgBr)產(chǎn)生，最后把經(jīng)過離心、過濾所得的樣品烘干并研磨成粉狀，得到樣品VMT12H。分別對(duì)VMT、VMT12H作X射線粉晶衍射(XRD)測(cè)試，其對(duì)應(yīng)的圖譜分別如圖2所示。
圖2為樣品VMT、VMT12H的XRD對(duì)比圖譜，圖中VMT的(001)面衍射峰的d值即(001)晶面間距為1.46nm。VMT12H的d值為1.46nm的衍射峰并未消失，同時(shí)出現(xiàn)4.03nm的新衍射峰。說明經(jīng)過干法插層后，插層劑十二烷基三甲基溴化銨已部分插入蛭石的結(jié)構(gòu)層之間，從而把其層間距由原來的1.46nm撐大到了4.02nm。
實(shí)施實(shí)例2把40克VMT樣品與2倍CEC的十六烷基三甲基溴化銨放入HAAKE扭矩流變儀中，在120℃下，以120rpm的轉(zhuǎn)速混合攪拌30min，取出的樣品經(jīng)過離心、過濾，用去離子水反復(fù)洗滌5到7次，經(jīng)Ag+檢測(cè)無白色沉淀(AgBr)產(chǎn)生，最后把經(jīng)過離心、過濾所得的樣品烘干并研磨成粉狀，得到樣品VMT16H。分別對(duì)VMT、VMT12H作X射線粉晶衍射(XRD)測(cè)試，其對(duì)應(yīng)的圖譜分別如圖3所示。
圖3為樣品VMT、VMT16H的XRD對(duì)比圖譜，圖中VMT的(001)面衍射峰的d值即(001)晶面間距為1.46nm。VMT16H的d值為1.46nm的衍射峰消失，同時(shí)出現(xiàn)5.25nm的新衍射峰。說明經(jīng)過干法插層后，插層劑十六烷基三甲基溴化銨已完全插入蛭石的結(jié)構(gòu)層之間，從而把其層間距由原來的1.46nm撐大到了5.25nm，同時(shí)使d值為1.46nm的原(001)晶面衍射峰消失。
實(shí)施實(shí)例3把40克VMT樣品與2倍CEC的十八烷基三甲基溴化銨放入HAAKE扭矩流變儀中，在120℃下，以120rpm的轉(zhuǎn)速混合攪拌30min，取出的樣品經(jīng)過離心、過濾，用去離子水反復(fù)洗滌5到7次，經(jīng)Ag+檢測(cè)無白色沉淀(AgBr)產(chǎn)生，最后把經(jīng)過離心、過濾所得的樣品烘干并研磨成粉狀，得到樣品VMT18H。分別對(duì)VMT、VMT18H作X射線粉晶衍射(XRD)測(cè)試，其對(duì)應(yīng)的圖譜分別如圖4所示。
圖4為樣品VMT、VMT18H的XRD對(duì)比圖譜，圖中VMT的(001)面衍射峰的d值即(001)晶面間距為1.46nm。VMT18H的d值為1.46nm的衍射峰消失，同時(shí)出現(xiàn)4.58nm的新衍射峰。說明經(jīng)過干法插層后，插層劑十八烷基三甲基溴化銨已完全插入蛭石的結(jié)構(gòu)層之間，從而把其層間距由原來的1.46nm撐大到了4.58nm，同時(shí)使d值為1.46nm的原(001)晶面衍射峰消失。
權(quán)利要求
1.一種干法快速制備插層型蛭石的方法，其特征在于，以蛭石原礦為原料，以季銨鹽為插層劑，通過HAAKE扭矩流變儀對(duì)蛭石進(jìn)行有機(jī)插層改性，從而制備一種插層型蛭石，具體包括如下步驟1)蛭石原樣粉碎并稱重，加入季銨鹽，使季銨鹽的陽離子交換容量為蛭石陽離子交換容量的1～4倍；2)將步驟1)所得樣品于常壓100～180℃的下，在HAAKE扭矩流變儀中混合攪拌15～30min，即可得到插層型蛭石。
2.如權(quán)利要求1所述的干法快速制備插層型蛭石的方法，其特征在于，所述步驟1)中，作為插層劑的季銨鹽優(yōu)選十二烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的干法快速制備插層型蛭石的方法，其特征在于，所述步驟1)中，季銨鹽的陽離子交換容量蛭石陽離子交換容量優(yōu)選為2∶1。
4.如權(quán)利要求1所述的干法快速制備插層型蛭石的方法，其特征在于，所述步驟2)中，步驟1)所得樣品的混合攪拌溫度為120℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種干法快速制備插層型蛭石的方法，其特征是以蛭石原礦為原料，經(jīng)過氣流磨粉碎，以季銨鹽為插層劑，按一定比例在HAAKE扭矩流變儀中以100～180攝氏度混合攪拌，即可得到插層型蛭石。蛭石(001)晶面層間距被撐大到4.03～5.25nm。本發(fā)明不同于傳統(tǒng)加熱攪拌法制備插層粘土礦物，其優(yōu)點(diǎn)在于，插層過程中沒有液相的引入，最終產(chǎn)物無需烘干，大幅度簡(jiǎn)化了插層工藝；并且能夠減少插層反應(yīng)的時(shí)間，提高插層反應(yīng)效率。
文檔編號(hào)C04B14/20GK1800072SQ200510110950
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者吳馳飛, 韓煒, 張堯, 劉煒, 張喜亮, 郭衛(wèi)紅, 李慧 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)