專利名稱：一種制備納米礦物纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)方案涉及礦物纖維的制備，具體地說是一種制備納米礦物纖維的
方法。
背景技術(shù)：
納米纖維材料已被廣泛用于建筑、航空航天、交通運(yùn)輸、石油化工和能源等領(lǐng) 域。制備納米纖維材料的方法有合成方法和加工天然礦物材料的方法。
合成法制備納米纖維存在如下問題①合成在高溫下進(jìn)行，熔融體巨大的表面 張力使纖絲內(nèi)聚成為實(shí)心狀，此類產(chǎn)品理論上比表面積很小。②就目前國內(nèi)合成法制備 納米纖維的技術(shù)水平而言， 一般很難批量得到納米纖維產(chǎn)品，不能夠滿足如其用于納米 復(fù)合材料和催化劑載體的大量需求。③隨著能源價(jià)格的不斷上漲，合成法制備納米纖維 的高能耗使生產(chǎn)成本上升，且由于產(chǎn)量不斷上升會導(dǎo)致能耗量倶增和環(huán)境污染加劇。
利用加工天然礦物材料生產(chǎn)納米礦物纖維的方法具有設(shè)備投資小、工藝簡單、 成本低和環(huán)境負(fù)荷小的優(yōu)點(diǎn)。然而，目前在加工天然礦物材料生產(chǎn)納米礦物纖維方面， 除已被明令禁止的石棉等少數(shù)礦物纖維外，利用其它品種天然礦物材料生產(chǎn)納米礦物纖 維還沒有形成規(guī)模。我國具有儲量豐富、種類繁多和價(jià)格低廉的礦物纖維資源，但目前 尚未得到大規(guī)模的應(yīng)用。如海泡石族礦物纖維就是一種天然硅酸鹽礦物纖維的聚集體， 在我國的儲量超過20億噸。目前我國海泡石族礦物纖維的利用主要是廉價(jià)出口，國內(nèi)僅 僅用在保溫材料等用量極少的領(lǐng)域。這不僅獲得的附加值極低，而且浪費(fèi)了寶貴的礦物 纖維資源。 天然硅酸鹽礦物纖維由于尺寸較大并大量含有伴生的碳酸鹽、石英和蒙脫土， 因此只被用作吸附劑、普通催化劑載體、鉆井泥漿增稠劑、粘結(jié)劑和飼料添加劑，其應(yīng) 用價(jià)值較低，不能夠滿足制備高性能的有機(jī)無機(jī)納米復(fù)合材料的要求。 納米礦物纖維由于尺寸很小，除了大幅度提高了天然硅酸鹽礦物纖維原有的應(yīng) 用性能之外，還完全能夠滿足制備高性能的有機(jī)無機(jī)納米復(fù)合材料的要求，從而顯著地 提升了礦物纖維的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用范圍。 現(xiàn)有納米礦物纖維的制備方法，主要有兩類。 一類是利用球磨等超細(xì)粉碎的方 法，即在不同粉碎介質(zhì)的撞擊作用下對天然硅酸鹽礦物纖維進(jìn)行超細(xì)粉碎處理得到天然 硅酸鹽納米粉末。然而，由于球磨對纖維長度及形貌強(qiáng)烈破壞，嚴(yán)重地限制了所制得的 納米礦物纖維應(yīng)用。還有一類方法主要是采用液相分散的方法進(jìn)行纖維束的松解，但是 現(xiàn)有文獻(xiàn)(礦業(yè)研究與開發(fā)，2004， 24(4): 25-30;中國造紙，2004， 23(7): 17-19;中 國塑料，2003， 17(6) : 48-51.)中所報(bào)道的液相處理方法均沒有首先進(jìn)行礦物纖維的提純 處理，而且水相分散礦物在脫水干燥過程中要重新聚結(jié)，難以使天然硅酸鹽礦物纖維束 有效和徹底的解離，因此無法批量制備出直徑為納米級的礦物纖維。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種制備納米礦物纖維的方法，通過提 純、高速攪拌和偶聯(lián)改性、干燥和超音速氣流深度解束步驟制得納米礦物纖維，克服了 現(xiàn)有納米礦物纖維的制備方法由于球磨對纖維長度及形貌強(qiáng)烈破壞和采用液相分散的方 法難以使天然硅酸鹽礦物纖維束有效和徹底的解離，因此無法批量制備出直徑為納米級 的礦物纖維的缺點(diǎn)。
本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種制備納米礦物纖維的方法， 其步驟是 第一步，提純 將天然纖維束狀硅酸鹽浸沒于水中，加入提純劑，經(jīng)攪拌1.5 2.5小時(shí)、洗 滌、沉降和干燥，得到提純天然纖維束狀硅酸鹽，所述提純劑為無機(jī)酸，其用量按純酸 計(jì)為天然纖維束狀硅酸鹽重量的0.5% 20% ;
第二步，高速攪拌和偶聯(lián)改性 將第一步制得的提純天然纖維束狀硅酸鹽置于極性介質(zhì)中，該纖維束狀硅酸鹽 的量在該總體混合物中所占的重量百分比為5% 35%，以2500 3000r/min的速度攪拌 分散1.5 2.5小時(shí)，在該混合物漿液攪拌同時(shí)加熱升溫到50 9(TC并保持恒溫，然后 加入偶聯(lián)劑，反應(yīng)0.5 8小時(shí)，停止攪拌，制得偶聯(lián)改性的提純天然纖維束狀硅酸鹽漿 料，偶聯(lián)劑用量為提純纖維束狀硅酸鹽重量的3% 60% ;
第三步，干燥 將第二步制得偶聯(lián)改性的提純天然纖維束狀硅酸鹽漿料在60 15(TC下進(jìn)行真 空干燥、沸騰干燥或噴霧干燥，至極性介質(zhì)全部脫除，制得偶聯(lián)改性的提純天然纖維束 狀硅酸鹽的干燥物；
第四步，超音速氣流深度解束 將第三步制得的偶聯(lián)改性的提純天然纖維束狀硅酸鹽的干燥物，經(jīng)20目篩過篩 后用氣流磨進(jìn)行超音速氣流深度解束，氣流壓力為0.6 l.OMPa，分級輪轉(zhuǎn)速為2500 3000r/min，在超音速氣流的作用下進(jìn)行深度解束處理2min-30min，制得平均直徑為60 90nm，長度為2 8 ii m的納米礦物纖維產(chǎn)品。 上述一種制備納米礦物纖維的方法，第一步中所述的天然纖維束狀硅酸鹽是海 泡石、凹凸棒石或坡縷石中的任意一種。 上述一種制備納米礦物纖維的方法，第一步中所述的無機(jī)酸為用1 20倍水稀 釋后的市售化學(xué)試劑無機(jī)酸。 上述一種制備納米礦物纖維的方法，第一步中所述的無機(jī)酸是鹽酸、硫酸或硝酸。
上述一種制備納米礦物纖維的方法，第二步中所述的極性介質(zhì)是水、乙醇或異丙醇。 上述一種制備納米礦物纖維的方法，第二步中所述的偶聯(lián)劑是乙烯基三乙氧基 硅烷、三硬脂酸鈦酸異丁酯或二硬脂酰氧異丙氧基鋁酸酯。 上述一種制備納米礦物纖維的方法，第四步中所述的氣流磨是扁平氣流磨、流 化床氣流磨或氣旋氣流磨。
4物纖維的方法，第一步中所述的攪拌、洗滌、沉降和干燥 工藝方法和設(shè)備均是普通公知的化工工藝方法和設(shè)備；第三步中所述的真空干燥、沸騰 干燥或噴霧干燥是公知的化工工藝方法，并無特定的條件限制；上述的氣流磨，包括扁 平氣流磨、流化床氣流磨或氣旋氣流磨，均為普通公知的化工設(shè)備。 本發(fā)明的有益效果是應(yīng)用本發(fā)明一種制備納米礦物纖維的方法之所以能夠克 服現(xiàn)有納米礦物纖維的制備方法由于球磨對纖維長度及形貌強(qiáng)烈破壞和采用液相分散的 方法難以使天然硅酸鹽礦物纖維束有效和徹底的解離因此無法批量制備出直徑為納米級 的礦物纖維的缺點(diǎn)，其突出的原因在于 ①本發(fā)明方法用無機(jī)酸對天然纖維束狀硅酸鹽進(jìn)行提純，通過無機(jī)酸與天然纖 維束狀硅酸鹽中的碳酸鹽類雜質(zhì)反應(yīng)，再進(jìn)一步經(jīng)攪拌、洗滌和沉降，便有效地除去了 原生天然纖維束狀硅酸鹽礦中所含有的大部分雜質(zhì)。 ②本發(fā)明方法之所以采用高速攪拌，即以2500 3000r/min的速度攪拌提純的天 然纖維束狀硅酸鹽，使其在極性介質(zhì)中進(jìn)行分散，導(dǎo)致分散于極性介質(zhì)中的纖維束狀硅 酸鹽松解。 本發(fā)明優(yōu)選水或乙醇為極性介質(zhì)(即分散介質(zhì))，既經(jīng)濟(jì)又無毒。為了進(jìn)一步加 強(qiáng)纖維束狀硅酸鹽的松解效果，穩(wěn)定其在極性介質(zhì)中的分散狀態(tài)，不致發(fā)生沉降，關(guān)鍵 是控制提純纖維束狀硅酸鹽在與極性介質(zhì)的總體混合物中所占的重量百分比。提純纖維 束狀硅酸鹽在總體混合物中所占的重量百分比太低，機(jī)械攪拌作用力不易傳遞給纖維束 狀硅酸鹽，不利于纖維束狀硅酸鹽的松解，并且影響纖維的偶聯(lián)改性效果。提純纖維束 狀硅酸鹽在總體混合物中所占的重量百分比太高，纖維束狀硅酸鹽不容易分散在極性介 質(zhì)中，漿液粘度高，攪拌困難，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)才得出提純纖維束狀硅酸鹽在該總體混合 物中所占的重量百分比為5% 35%最佳。 偶聯(lián)改性是為了降低納米單晶礦物纖維的表面張力，增加其疏水性以及與有機(jī) 聚合物的親和性，增強(qiáng)有機(jī)與無機(jī)物之間的界面作用。本發(fā)明方法選擇帶有羧基、酯基 或環(huán)氧基類反應(yīng)性官能團(tuán)的鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑或硅烷偶聯(lián)劑，可與礦物中的 硅羥基發(fā)生強(qiáng)烈的物理或化學(xué)作用，但它不能和分散介質(zhì)迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)所選 用的偶聯(lián)劑含有較長的有機(jī)鏈，最好含有12個(gè)以上的碳原子，以形成一定厚度的改性 層。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明，偶聯(lián)改性的關(guān)鍵是控制反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和偶聯(lián)劑用量，經(jīng) 過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，這些在本發(fā)明方法中都得以體現(xiàn)。 ③由于作用于礦物纖維物料上的力以剪切力和摩擦力為主，采用超音速氣流深 度解束處理，尤其用流化床式氣流磨在超音速氣流的作用下進(jìn)行深度解束處理，能夠獲 得晶體結(jié)構(gòu)完整的一維納米礦物纖維。其原理是由于海泡石、凹凸棒石或坡縷石類纖 維束狀硅酸鹽單晶之間的相互作用主要為范德華力和氫鍵力，盡管有少量的單晶共用陽 離子的情況，但作用面很小，因此納米單晶間的作用力遠(yuǎn)較層狀硅酸鹽納米晶層間的作 用力小，同時(shí)由于納米的幾何堆砌形成了大量空隙，因而從理論上說，天然纖維束狀硅 酸鹽在強(qiáng)烈剪切力、摩擦力和撞擊力作用下會被松解或剝離分散，實(shí)現(xiàn)纖維的直徑達(dá)到 納米級。隨著深度解束處理的進(jìn)行，礦物纖維變細(xì)，礦物纖維表面新的離子活性點(diǎn)不斷 產(chǎn)生，由于礦物纖維已經(jīng)經(jīng)過偶聯(lián)改性處理，這些新的離子活性點(diǎn)在深度解束處理過程 中和偶聯(lián)劑的有效基團(tuán)進(jìn)行瞬間結(jié)合，在礦物纖維束解離的同時(shí)進(jìn)一步強(qiáng)化礦物纖維的
5偶聯(lián)改性效果。
本發(fā)明一種制備納米礦物纖維的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著的進(jìn)步在于
①本發(fā)明方法過程簡單可行、工藝穩(wěn)定，設(shè)備投資小和環(huán)境負(fù)荷小，其中所用 的提純劑、極性介質(zhì)和偶聯(lián)劑均為價(jià)廉的市售化學(xué)品，成本低，使用安全，因此克服了 傳統(tǒng)合成法制納米纖維成本高這一顯著的缺點(diǎn)。 ②本發(fā)明方法由于采用了超音速氣流對纖維束進(jìn)行深度解束處理，不僅使礦物纖 維的直徑具有納米級別，而且使礦物纖維長度得到有效保持，拓寬了產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。
③本發(fā)明的制備納米礦物纖維的方法提高了我國海泡石族礦物礦產(chǎn)資源加工利 用技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)品升級換代，拓寬了產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。
④本發(fā)明方法制備的納米礦物纖維在聚合物中容易解離成納米單晶纖維，在聚 合物基體中實(shí)現(xiàn)納米尺度的分散，完全能夠滿足制備高性能的有機(jī)無機(jī)納米復(fù)合材料的 要求，可以應(yīng)用于制備一系列高性能和低成本的聚合物納米復(fù)合材料。 通過掃描電子顯微鏡可以觀察到本發(fā)明方法制備的納米礦物纖維一維尺寸小于 100nm，且長度達(dá)到微米級；通過掃描電子顯微鏡可以觀察本發(fā)明方法制備的納米礦物 纖維在聚合物基體中的分散情況，觀察到本發(fā)明方法制備的納米礦物纖維在聚合物基體 中一維尺寸小于100nm，并且具有很好的分散性。(詳見附圖和實(shí)施例)


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明一種制備納米礦物纖維的方法的工藝流程圖。 圖2是本發(fā)明方法中對偶聯(lián)改性的提純天然纖維束狀硅酸鹽的干燥物進(jìn)行超音 速氣流深度解束處理過程的示意圖。 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制得的納米礦物纖維產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡圖片。 圖4是對比例1制備的提純海泡石纖維的掃描電子顯微鏡圖片。 圖5是本發(fā)明實(shí)施例2制得的納米礦物纖維產(chǎn)品分散在環(huán)氧樹脂中的掃描電子顯
微鏡圖片。 圖6是對比例2制備的提純海泡石纖維分散在環(huán)氧樹脂中的掃描電子顯微鏡圖 片。
具體實(shí)施例方式
圖！表明本發(fā)明一種制備納米礦物纖維的方法的工藝流程是將礦物纖維即 天然纖維束狀硅酸鹽與水和無機(jī)酸，經(jīng)攪拌、洗滌沉降即選礦提純和干燥的固液分離工 藝，得到提純礦粉即天然纖維束狀硅酸鹽，再加入極性介質(zhì)并進(jìn)行高速攪拌制得提純天 然纖維束狀硅酸鹽礦漿，再加入偶聯(lián)劑并攪拌制得液相處理后礦物纖維即偶聯(lián)改性的提 純天然纖維束狀硅酸鹽漿料，再經(jīng)過干燥和高速氣流深度解束處理，最終制得納米礦物 纖維。 圖2表明，本發(fā)明方法中對偶聯(lián)改性的提純天然纖維束狀硅酸鹽的干燥物進(jìn)行 超音速氣流深度解束處理過程是超音速氣流利用壓縮空氣的壓力能，在粉碎室形成超 音速氣流軌跡，超音速氣流賦予被粉碎纖維束狀物料以極高的速度，使纖維束狀物料在粉碎腔內(nèi)產(chǎn)生激烈的碰撞、摩擦和剪切。這其中，以纖維束狀物料相互沖擊碰撞(見圖 中的(a) (d))或者纖維束狀物料與器壁間沖擊碰撞(見圖中的(e))為主要粉碎方式，以 剪切作用為主，特別是在氣流拐彎處，使纖維束狀物料自身受到剪切力的作用，纖維束 狀物料本身相互之間在粉碎過程中以線接觸互相產(chǎn)生磨擦，當(dāng)外應(yīng)力大于纖維束狀物料 本身的內(nèi)應(yīng)力時(shí)，纖維束狀物料延長軸方向劈開而粉碎。
實(shí)施例1
第一步，提純 將500g海泡石礦物浸沒在容積為5L的燒杯內(nèi)所裝的3L水中，加入按純酸計(jì)為 海泡石礦物重量3%的提純劑鹽酸，經(jīng)攪拌2小時(shí)、洗滌、沉降和干燥，得到提純海泡石 365g，提純的收率為73%，所用鹽酸為用l倍水稀釋后的市售化學(xué)試劑鹽酸；
第二步，高速攪拌和偶聯(lián)改性 取第一步制得的提純海泡石置于容積為5L的燒杯內(nèi)所裝的3L極性介質(zhì)去離子 水中，配成重量百分比為6%的漿液，以3000r/min的速度攪拌分散2小時(shí)，在漿液攪拌 同時(shí)加熱升溫到5(TC并保持恒溫，然后加入為提純海泡石重量3%的乙烯基三乙氧基硅 烷，反應(yīng)0.83小時(shí)，停止攪拌，制得偶聯(lián)改性的提純海泡石漿料；
第三步，干燥 將第二步制得的偶聯(lián)改性的提純海泡石漿料置于溫度為6(TC和真空度為130Pa 的真空干燥箱內(nèi)，至水分全部脫除，制得偶聯(lián)改性的提純海泡石的干燥物；
第四步，超音速氣流深度解束 將第三步制得的偶聯(lián)改性的提純海泡石的干燥物，經(jīng)20目篩過篩后用流化床式 氣流磨進(jìn)行超音速氣流深度解束，氣流壓力為0.6MPa，分級輪轉(zhuǎn)速為2500r/min，經(jīng)在超 音速氣流的作用下進(jìn)行深度解束處理10min，制得納米礦物纖維產(chǎn)品。
圖3是經(jīng)掃描電子顯微鏡攝影得到的本實(shí)施例制得的納米礦物纖維產(chǎn)品的掃描 電子顯微鏡圖片，它顯示本實(shí)施例制得的納米礦物纖維產(chǎn)品平均直徑為70 90nm，長度 為3 8 ii m。 該納米礦物纖維蓬松柔軟，能觀察到它在水中不沉降，并且在乙醇中有很好的 分散性和穩(wěn)定性。
對比例1
第一步，提純 將500g海泡石礦物浸沒在容積為5L的燒杯中裝入的3L水中，加入按純酸計(jì)為 海泡石礦物重量3%的提純劑鹽酸，經(jīng)攪拌2小時(shí)、洗滌和離心沉降，得到提純海泡石槳 料，所用鹽酸為用1倍水稀釋后的市售化學(xué)試劑鹽酸；
第二步，干燥過篩 將第一步制得的提純海泡石漿料置于溫度為6(TC和真空度為130Pa的真空干燥 箱內(nèi)，至水份全部脫除，制得提純海泡石的干燥物，再將得到的干燥物用20目篩過篩后 得到提純海泡石纖維樣品。 圖4是經(jīng)掃描電子顯微鏡攝影得到的本對比例制備的提純海泡石纖維的掃描電 子顯微鏡圖片，顯示此樣品外觀堅(jiān)硬和密實(shí)，該纖維平均直徑為3.5ym。
實(shí)施例2
第一步，提純 將500g海泡石礦物浸沒在容積為5L的燒杯內(nèi)所裝的3L水中，加入按純酸計(jì)為 海泡石礦物重量2%的提純劑硫酸，經(jīng)攪拌1.5小時(shí)、洗滌、沉降和干燥，得到提純海泡 石350g，提純的收率為70%，所用硫酸為用20倍水稀釋的市售化學(xué)試劑硫酸；
第二步，高速攪拌和偶聯(lián)改性 取第一步制得的提純海泡石放入容積為5L的燒杯內(nèi)所裝的3L極性介質(zhì)乙醇中， 配成重量百分比為5%的漿液，以2500r/min的速度攪拌分散1.5小時(shí)，在漿液攪拌同時(shí)加 熱升溫到9(TC并保持恒溫，然后加入為提純海泡石重量10%的三硬脂酸鈦酸異丁酯，反 應(yīng)4小時(shí)，停止攪拌，制得偶聯(lián)改性的提純海泡石漿料；
第三步，干燥 將第二步制得偶聯(lián)改性的提純海泡石漿料在15(TC下噴霧干燥，至水分全部脫 除，制得偶聯(lián)改性的提純海泡石的干燥物；
第四步，超音速氣流深度解束 將第三步制得的偶聯(lián)改性的提純海泡石的干燥物，經(jīng)20目篩過篩后用扁平式氣 流磨進(jìn)行超音速氣流深度解束，氣流壓力為0.8MPa，分級輪轉(zhuǎn)速為2800r/min，經(jīng)在超音 速氣流的作用下進(jìn)行深度解束處理2min，制得納米礦物纖維產(chǎn)品。 經(jīng)掃描電子顯微鏡攝影得到該納米礦物纖維產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡圖片，該圖 片顯示其平均直徑為70 90nm，長度為3 8 y m。 該納米礦物纖維蓬松柔軟，能觀察到它在水中不沉降，并且在乙醇中有很好的 分散性和穩(wěn)定性。 圖5是經(jīng)掃描電子顯微鏡攝影得到的本實(shí)施例制得的納米礦物纖維產(chǎn)品分散在 環(huán)氧樹脂中的掃描電子顯微鏡圖片，顯示該納米礦物纖維直接與環(huán)氧樹脂混合，能夠以 納米單元尺度分散在環(huán)氧樹脂基體中。
對比例2
第一步，提純 將500g海泡石礦物浸沒在容積為5L的燒杯內(nèi)所裝的3L水中，加入按純酸計(jì)為 海泡石礦物重量2%的提純劑硫酸，經(jīng)攪拌1.5小時(shí)、洗滌和離心沉降，得到提純海泡石 漿料，所用硫酸為用20倍水稀釋的市售化學(xué)試劑硫酸；
第二步，干燥過篩 將第一步制得的提純海泡石漿料在15(TC下噴霧干燥，至水分全部脫除，制得提 純海泡石的干燥物，再將得到的干燥物用20目篩過篩后得到提純海泡石纖維樣品。
圖6是經(jīng)掃描電子顯微鏡攝影得到的本對比例制備的提純海泡石纖維分散在環(huán) 氧樹脂中的掃描電子顯微鏡圖片，顯示該樣品與環(huán)氧樹脂混合后不能夠以納米單元尺度 分散在環(huán)氧樹脂基體中。
實(shí)施例3
第一步，提純 將500g凹凸棒石礦物浸沒在容積為5L的燒杯內(nèi)所裝的3L水中，加入按純酸計(jì) 為凹凸棒石礦物重量10%的提純劑硝酸，經(jīng)攪拌2.5小時(shí)、洗滌、沉降和干燥，得到提純 凹凸棒石礦物335g，提純的收率為67%，所用硝酸為用10倍水稀釋的市售化學(xué)試劑硝
8酸； 第二步，高速攪拌和偶聯(lián)改性 取第一步制得的提純凹凸棒石礦物放入容積為2L的燒杯內(nèi)所裝的0.5L極性介質(zhì) 異丙醇中，配成重量百分比為35%的漿液，以2800r/min的速度攪拌分散2.5小時(shí)，在漿 液攪拌同時(shí)加熱升溫到7(TC并保持恒溫，然后加入為提純凹凸棒石礦物重量50%的二硬 脂酰氧異丙氧基鋁酸酯，反應(yīng)8小時(shí)，停止攪拌，制得偶聯(lián)改性的提純凹凸棒石礦物漿 料； 第三步，干燥 將第二步制得偶聯(lián)改性的提純凹凸棒石礦物漿料在75t:下沸騰干燥，至水分全 部脫除，制得偶聯(lián)改性的提純凹凸棒石礦物的干燥物；
第四步，超音速氣流深度解束 將第三步制得的偶聯(lián)改性的提純凹凸棒石礦物的干燥物，經(jīng)20目篩過篩后用氣 旋式氣流磨進(jìn)行超音速氣流深度解束，氣流壓力為l.OMPa，分級輪轉(zhuǎn)速為3000r/min，經(jīng) 在超音速氣流的作用下進(jìn)行深度解束處理5min，制得納米礦物纖維產(chǎn)品。
經(jīng)掃描電子顯微鏡攝影得到該納米礦物纖維產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡圖片，該圖 片顯示其平均直徑為60 70nm，長度為2 4 y m。 該納米礦物纖維蓬松、柔軟，能觀察到它在水中不沉降，并且在乙醇中有很好 的分散性和穩(wěn)定性。
實(shí)施例4
第一步，提純 將500g坡縷石礦物浸沒在容積為5L的燒杯內(nèi)所裝的3L水中，加入按純酸計(jì)為 坡縷石礦物重量20%的提純劑鹽酸，經(jīng)攪拌2.5小時(shí)、洗滌、沉降和干燥，得到提純坡縷 石礦物355g，提純的收率為71%，所用鹽酸為用IO倍水稀釋的市售化學(xué)試劑鹽酸；
第二步，高速攪拌和偶聯(lián)改性 取第一步制得的提純坡縷石礦物放入容積為5L的燒杯內(nèi)所裝的0.8L異丙醇中， 配成重量百分比為20%的漿液，以2900r/min的速度攪拌分散2小時(shí)，在漿液攪拌同時(shí)加 熱升溫到7(TC并保持恒溫，然后加入為提純坡縷石礦物重量50%的二硬脂酰氧異丙氧基 鋁酸酯，反應(yīng)0.5小時(shí)，停止攪拌，制得偶聯(lián)改性的提純坡縷石礦物漿料；
第三步，干燥 將第二步制得偶聯(lián)改性的提純坡縷石礦物漿料在75t:下沸騰干燥，至水分全部 脫除，制得偶聯(lián)改性的提純坡縷石礦物的干燥物；
第四步，超音速氣流深度解束 將第三步制得的偶聯(lián)改性的提純坡縷石礦物的干燥物，經(jīng)20目篩過篩后用氣旋 式氣流磨進(jìn)行超音速氣流深度解束，氣流壓力為l.OMPa，分級輪轉(zhuǎn)速為3000r/min，經(jīng)在 超音速氣流的作用下進(jìn)行深度解束處理30min，制得納米礦物纖維產(chǎn)品。
經(jīng)掃描電子顯微鏡攝影得到該納米礦物纖維產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡圖片，該圖 片顯示其平均直徑為70 80nm，長度為3 5 y m。 該納米礦物纖維蓬松、柔軟，能觀察到它在水中不沉降，并且在乙醇中有很好 的分散性和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
一種制備納米礦物纖維的方法，其特征在于步驟是第一步，提純將天然纖維束狀硅酸鹽浸沒于水中，加入提純劑，經(jīng)攪拌1.5～2.5小時(shí)、洗滌、沉降和干燥，得到提純天然纖維束狀硅酸鹽，所述提純劑為無機(jī)酸，其用量按純酸計(jì)為天然纖維束狀硅酸鹽重量的0.5％～20％；第二步，高速攪拌和偶聯(lián)改性將第一步制得的提純天然纖維束狀硅酸鹽置于極性介質(zhì)中，該纖維束狀硅酸鹽的量在該總體混合物中所占的重量百分比為5％～35％，以2500～3000r/min的速度攪拌分散1.5～2.5小時(shí)，在該混合物漿液攪拌同時(shí)加熱升溫到50～90℃并保持恒溫，然后加入偶聯(lián)劑，反應(yīng)0.5～8小時(shí)，停止攪拌，制得偶聯(lián)改性的提純天然纖維束狀硅酸鹽漿料，偶聯(lián)劑用量為提純纖維束狀硅酸鹽重量的3％～60％；第三步，干燥將第二步制得偶聯(lián)改性的提純天然纖維束狀硅酸鹽漿料在60～150℃下進(jìn)行真空干燥、沸騰干燥或噴霧干燥，至極性介質(zhì)全部脫除，制得偶聯(lián)改性的提純天然纖維束狀硅酸鹽的干燥物；第四步，超音速氣流深度解束將第三步制得的偶聯(lián)改性的提純天然纖維束狀硅酸鹽的干燥物，經(jīng)20目篩過篩后用氣流磨進(jìn)行超音速氣流深度解束，氣流壓力為0.6～1.0MPa，分級輪轉(zhuǎn)速為2500～3000r/min，經(jīng)在超音速氣流的作用下進(jìn)行深度解束處理2min-30min，制得平均直徑為60～90nm，長度為2～8μm的納米礦物纖維產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米礦物纖維的方法，其特征在于第一步中所 述的天然纖維束狀硅酸鹽是海泡石、凹凸棒石或坡縷石中的任意一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米礦物纖維的方法，其特征在于第一步中所 述無機(jī)酸為用1 20倍水稀釋后的市售化學(xué)試劑無機(jī)酸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種制備納米礦物纖維的方法，其特征在于第一步中 所述的無機(jī)酸是鹽酸、硫酸或硝酸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米礦物纖維的方法，其特征在于第二步中所述的極性介質(zhì)是水、乙醇或異丙醇。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米礦物纖維的方法，其特征在于第二步中所述的偶聯(lián)劑是乙烯基三乙氧基硅烷、三硬脂酸鈦酸異丁酯或二硬脂酰氧異丙氧基鋁酸 酯。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米礦物纖維的方法，其特征在于第四步中所述的氣流磨是扁平氣流磨、流化床氣流磨或氣旋氣流磨。
全文摘要
本發(fā)明一種制備納米礦物纖維的方法，涉及礦物纖維的制備，步驟是(1)用提純劑無機(jī)酸提純，(2)2500～3000r/min高速攪拌和加入偶聯(lián)劑偶聯(lián)改性，(3)60～150℃下干燥，(4)用氣流磨進(jìn)行超音速氣流深度解束，氣流壓力為0.6～1.0MPa，分級輪轉(zhuǎn)速為2500～3000r/min，經(jīng)在超音速氣流的作用下進(jìn)行深度解束處理2min-30min，制得平均直徑為60～90nm，長度為2～8μm的納米礦物纖維產(chǎn)品。本發(fā)明方法過程簡單可行、工藝穩(wěn)定，設(shè)備投資小和環(huán)境負(fù)荷小，制得的納米礦物纖維的直徑具有納米級別，且其纖維長度得到有效保持，完全滿足制備高性能的有機(jī)無機(jī)納米復(fù)合材料的要求。
文檔編號C03B37/00GK101691275SQ20091007029
公開日2010年4月7日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者任崇艷, 梁金生, 湯慶國, 王菲 申請人:河北工業(yè)大學(xué)