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。
技術(shù)背景
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}。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(yáng)離子來促進(jìn)電價(jià)的平衡，即可交換性陽(yáng)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(yáng)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(yáng)離子交換性而受到了越來越多的重視。同時(shí)由于蛭石是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)非金屬礦物，目前儲(chǔ)量居世界第二位，產(chǎn)量居世界第三位，因此它極有可能成為今后聚合物納米復(fù)合材料中的重要原料。作為蛭石納米復(fù)合材料制備的前期技術(shù)，蛭石的插層得到了廣泛地研究。目前蛭石的插層方法多為在插層劑熱水溶液（60～80℃）中通過攪拌而達(dá)到插層的目的，其插層反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、效率低、需要長(zhǎng)時(shí)間烘干的特點(diǎn)并不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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（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等）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：蛭石原樣經(jīng)氣流磨粉碎并稱重，加入2倍蛭石陽(yáng)離子交換容量（cec）的季銨鹽（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等），于120℃的條件下，在haake扭矩流變儀中混合攪拌30min，即可得到插層型蛭石，具體的工藝流程見圖1。
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；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。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例球磨法快速制備插層型蛭石超細(xì)粉體的工藝流程圖；
圖2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xrd圖；
圖3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xrd圖；
圖4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：sio2：41.2％，al2o3：12.68％，mgo：24.22％，cao：0.96％，feo：1.54％，fe2o3：4.06％，tio2：1.33％，k2o：5.97％，p2o5：0.06％，h2o：3％，na2o：1.6%，mno：0.043％，tio：5.097％，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。