專利名稱：一種復(fù)合礦物纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合礦物纖維材料，屬于功能材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石棉纖維已確認(rèn)對人體有害，許多國家已經(jīng)禁止使用。在替代石棉纖維的研究中， 許多合成纖維正在使用，中國專利87108257公開了一種硅灰石熔制玻璃纖維制備方法，是將硅灰石和氧化鎂、氧化鋁等物質(zhì)混合熔融，制成纖維。由于這種纖維只考慮了它的耐堿性，它的熱導(dǎo)性差，抗拉強(qiáng)度低，不能滿足石棉用于保溫隔熱、耐火耐磨性能應(yīng)用的要求，同時因其經(jīng)高溫熔制，所以成本高，應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。凹凸棒粘土世界探明儲量4000萬噸左右，我國儲量占50%，是主要的資源國和生產(chǎn)國之一。因儲量豐富，價格低廉，是優(yōu)良的可利用資源。凹凸棒粘土是一種層鏈狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物，其理論的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為=SiO2 56. 96%, (Mg，Al， Fe)O 23. 83%, H2O : 19. 21 %，并具有特殊的纖維結(jié)構(gòu)，不同尋常的膠體、吸附、催化、懸浮和脫色等性能，廣泛應(yīng)用于環(huán)保、造紙、涂料、建材等行業(yè)。硅灰石纖維屬于鏈狀偏硅酸鹽，一般成纖維狀、針狀，具有良好的絕緣性、介電性、 耐熱性、耐候性，以及很高的白度，廣泛應(yīng)用于涂料、陶瓷、化工、冶金、造紙、塑料等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合礦物纖維材料的制備方法，包括如下步驟①按質(zhì)量百分比，將凹凸棒粘土粉體20 80%和針狀硅灰石粉體20 80%混合；②在95°C 105°C下，加入質(zhì)量百分比為O 3.0%的助劑，反應(yīng)O. I 3. 5h。上述制備方法中，優(yōu)選的凹凸棒粘土粉體的質(zhì)量百分比為40 80% ;針狀硅灰石粉體的質(zhì)量百分比為20 60%。上述方法中，為了進(jìn)一步的優(yōu)化，將凹凸棒粘土在LHJ-70型超細(xì)機(jī)械粉碎機(jī)中加工，調(diào)整分級機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)2000r/min，使凹凸棒粘土粉體粒徑為5 15um ;將針狀硅灰石在 HFG400型流化床式對噴式氣流磨加工，分級輪轉(zhuǎn)數(shù)2000r/min，使針狀硅灰石粉體粒徑為 5 45um。上述制備方法中，助劑選自硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硬脂酸鈉和陽離子表面活性劑。本發(fā)明的另一目的在于提供由上述任一所述方法制備的復(fù)合礦物纖維，該纖維的容重為O. I O. 6g/cm3,松比重為O. 06 O. 4g/cm3。本發(fā)明的復(fù)合礦物纖維材料具有以下特性及其應(yīng)用①懸浮性復(fù)合礦物纖維的晶體結(jié)構(gòu)在水中分散后，其針狀束被拆散而形成雜亂的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)束縛液體而使體系變稠。在外力下能夠充分分散，形成一種雜亂的纖維格狀體系的懸浮液，流變性極好，因此，可應(yīng)用于涂料、粘結(jié)劑、油墨等，具有防沉淀作用；
②吸附性復(fù)合礦物纖維的吸附性主要取決于自身較大的比表面積和特殊的表面物化結(jié)構(gòu)以及離子狀態(tài)，因此，可廣泛用作吸油劑、干燥劑，室內(nèi)濕度調(diào)節(jié)劑，除臭劑等。③膠體性和增稠性吸附能力強(qiáng)，增強(qiáng)附著力，可增加各種樹脂的粘性。④保溫隔熱性凹凸棒粘土是一種具有微細(xì)孔隙結(jié)構(gòu)的礦物材料，當(dāng)氣孔直徑小到一定數(shù)量級時(如50nm)，氣孔內(nèi)的空氣分子完全被吸附在氣孔壁上，此時氣孔近似于真空狀態(tài)，當(dāng)這樣的氣孔足夠多時，其熱傳導(dǎo)、對流傳導(dǎo)率和熱傳導(dǎo)效率都減小，導(dǎo)致材料的總導(dǎo)熱系數(shù)大大降低。利用耐高溫、隔熱的該復(fù)合纖維材料，在耐高溫粘結(jié)劑磷酸鹽的粘結(jié)作用下，復(fù)合其他填充材料，制成隔熱裝飾材、墻面材、鋪地材等，材料與施工的綜合造價低于其他保溫材料，因不含石棉，生產(chǎn)和施工無毒無害，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；⑤纖維填充性塑膠功能增強(qiáng)材料，摩擦材料等。硅灰石纖維的單項摩擦性能和抗熱衰退性能好于石棉，但其耐磨性低于石棉材料，而凹凸棒粘土具有層鏈狀晶纖結(jié)構(gòu)和棒狀、纖維狀的晶簇特點(diǎn)，纖維狀單晶間的作用力主要是范德華力和氫鍵，在機(jī)械力的作用下，被分離和分解成一維納米級單晶，可起到很好地補(bǔ)強(qiáng)效果。同時，凹土的表面富含Si-OH 極性基團(tuán)，因此可以采用偶聯(lián)劑對其進(jìn)行處理，以降低棒晶的表面自由能。因此，該纖維作為增強(qiáng)基料，可使制品的韌性好，抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度大，沖擊強(qiáng)度高，磨損小，密度小，且能降低成本，提高質(zhì)量。本發(fā)明由于采用凹凸棒粘土和針狀硅灰石為主要原料，配合助劑，其制備方法簡單、便于操作，且得到的復(fù)合材料，其各項理化性能優(yōu)于石棉，并無毒無害，成本低，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益廣泛。
具體實(shí)施例方式下述非限制性實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。本發(fā)明所使用的凹凸棒粘土來源于江蘇省盱眙縣玉智粘土廠；針狀硅灰石購于遼寧沈環(huán)礦業(yè)有限公司；硅烷偶聯(lián)劑來源于遼寧省蓋州市恒達(dá)化工有限責(zé)任公司；鈦酸酯偶聯(lián)劑來源于南京品寧偶聯(lián)劑有限公司。本發(fā)明中的化學(xué)成分分析米用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14506-2010娃酸鹽巖石化學(xué)分析方法進(jìn)行檢測；容重采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5498-1985容重測定法進(jìn)行檢測；松比重(松裝密度)采用LDBT-100型通用松裝密度儀依據(jù)GB/T 16913. 1-1997粉塵特性試驗方法進(jìn)行檢測；白度采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5950-2008建筑材料與非金屬礦產(chǎn)品白度測量方法，光譜測定儀符合GB3979的規(guī)定；吸油值的測試方法采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB5211. 15-88顏料吸油量的測定。實(shí)施例I①將凹凸棒粘土在LHJ-70型超細(xì)機(jī)械粉碎機(jī)中加工，調(diào)整分級機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)2000r/ min,使凹凸棒粘土粉體粒徑為5um ;將針狀硅灰石在HFG400型流化床式對噴式氣流磨加工，分級輪轉(zhuǎn)數(shù)2000r/min，使針狀硅灰石粉體粒徑為5um ；②取步驟①的平均粒徑5um凹凸棒粘土纖維8質(zhì)量份和平均粒徑5um針狀硅灰石纖維2質(zhì)量份混合；③在95°C下，加入O. 02質(zhì)量份的硅烷偶聯(lián)劑，在IOOOrpm轉(zhuǎn)速下，攪拌O. 2h。經(jīng)檢測其化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)為SiO2 :60.2 %，CaO 15. 8%, MgO :5.61%, Al2O3 4. 89%, Fe2O3 3. 58%, LOI 9. 21% ;物理性能容重為 O. 32g/cm3，松比重為 O. 19g/cm3,白度65. 6，吸油值88. 6%。以該共聚物為基料，與顏料、填充劑和助劑復(fù)配制備的涂料具有良好的抗蝕性、耐熱性、耐磨性和自潔性。實(shí)施例2①將凹凸棒粘土在LHJ-70型超細(xì)機(jī)械粉碎機(jī)中加工，調(diào)整分級機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)2000r/ min,使凹凸棒粘土粉體粒徑為5um ;將針狀硅灰石在HFG400型流化床式對噴式氣流磨加工，分級輪轉(zhuǎn)數(shù)2000r/min，使針狀硅灰石粉體粒徑為8um ；②取步驟①的平均粒徑5um凹凸棒粘土纖維6重量份和平均粒徑8um針狀硅灰石纖維4重量份混合；③在100°C下，加入O. 015重量份的硅烷偶聯(lián)劑，在IOOOrpm轉(zhuǎn)速下，攪拌O. 2h。經(jīng)檢測其化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)%SiO2 53. 87%, CaO 26. 86%, MgO 4. 53%, Al2O3 3. 73%, Fe2O3 2. 46%, LOI 7. 45% ;物理性能容重為 O. 44g/cm3，松比重為 O. 244g/ cm3,白度 66. 97，吸油值 68.8%。該產(chǎn)品填充于聚丙烯中，實(shí)現(xiàn)了纖維在基體的均勻分散，提高了 PP的結(jié)晶度，并提高了熔點(diǎn)，增強(qiáng)作用明顯，屈服強(qiáng)度較純PP上升約20%，彈性模量較純PP上升約40%。實(shí)施例3①將凹凸棒粘土在LHJ-70型超細(xì)機(jī)械粉碎機(jī)中加工，調(diào)整分級機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)2000r/ min,使凹凸棒粘土粉體粒徑為8um ;將針狀硅灰石在HFG400型流化床式對噴式氣流磨加工，分級輪轉(zhuǎn)數(shù)2000r/min，使針狀硅灰石粉體粒徑為18um ；②取步驟①的平均粒徑8um凹凸棒粘土纖維4重量份，與平均粒徑18um針狀硅灰石纖維6重量份；③在1200rpm轉(zhuǎn)速下,攪拌lh。經(jīng)檢測其化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)%SiO2 50. 68%, CaO 32. 15%, MgO 3. 69%, Al2O3 2. 63%, Fe2O3 1. 98%, LOI 7. 84% ;物理性能容重為 O. 52g/cm3，松比重為 O. 34g/ cm3,白度80. 1，吸油值58. 6%。以該產(chǎn)品應(yīng)用于酚醛樹脂基摩擦材料中，可改善鋼纖維易生銹、熱傳導(dǎo)快等缺陷， 使摩擦因數(shù)適宜，且隨溫度的變化較小，耐磨性能顯著提高。
權(quán)利要求
1 一種復(fù)合礦物纖維的制備方法，包括如下步驟①按質(zhì)量百分比，將凹凸棒粘土粉體20 80%和針狀硅灰石粉體20 80%混合，得物料I ;②在95°C 105°C下，加入物料I質(zhì)量的O 3. O %的助劑，攪拌O. 1-3. 5h。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合礦物纖維的制備方法，其特征在于所述的步驟①中的凹凸棒粘土粉體的質(zhì)量百分比為40 80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的復(fù)合礦物纖維的制備方法，其特征在于所述的步驟①中的針狀硅灰石粉體的質(zhì)量百分比為20 60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合礦物纖維的制備方法，其特征在于所述的步驟①中的凹凸棒粘土粉體的粒徑為5 15um，針狀硅灰石粉體的粒徑為5 45um。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的復(fù)合礦物纖維的制備方法，其特征在于所述的步驟②中的助劑選自硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑和硬脂酸鈉。
6.權(quán)利要求I所述的方法制備的復(fù)合礦物纖維，其特征在于該纖維的容重為O.I O.6g/cm3,松比重為 O. 06 O. 4g/cm3。
全文摘要
一種復(fù)合礦物纖維的制備方法，包括如下步驟①按質(zhì)量百分比，將凹凸棒粘土粉體20～80％和針狀硅灰石粉體20～80％混合；②在95℃～105℃下，加入質(zhì)量百分比為0～3.0％的助劑，反應(yīng)0.1～3.5h。本發(fā)明由于采用凹凸棒粘土和針狀硅灰石為主要原料，配合助劑，其制備方法簡單、便于操作，且得到的復(fù)合材料，其各項理化性能優(yōu)于石棉，并無毒無害，成本低，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益廣泛。
文檔編號C03C13/06GK102583994SQ20121001486
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者張延大, 張夢顯 申請人:大連環(huán)球礦產(chǎn)有限公司