CN100554153C - 一种改性高岭土粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以机械力化学方法制备表面疏水的改性高岭土粉体，以球磨机为改性工具，先在玛瑙球磨罐中放入玛瑙磨球，以6000目高岭土为原料，称取高岭土放入球磨罐，再加入有机改性剂，将装好原料的球磨罐固定，控制不同球磨时间和球磨转速对高岭土进行机械力化学改性。本发明所制得的改性高岭土粉体粒度小，颗粒分散均匀稳定，具有很好的疏水性能，可用于疏水涂膜，墙面防水涂料，橡胶塑料填充等生产领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性的粘土矿物质及其制备方法，尤其涉及一种以机械力化学方法制备表面疏水的改性高岭土粉体。
背景技术
高岭土，是多种矿物组成的含水铝硅酸盐的集合体，主要成分为高岭石，一般认为其化学式为Al2O3·SiO2·2H2O(结晶水以羟基的形式存在)，由一个层状硅氧四面体和一个铝氧四面体通过共同的氧离子联接而成的1∶1型层状硅酸盐矿物组成。其主要官能团为羟基(-OH)，该羟基处于每一层表面，是高岭土的主要活性基团(叶舒展等，高岭土表面改性研究进展[J]，橡胶工业，2004，51(12)：759～765)。
现有的有机改性高岭土的方法有很多，但是主要都是湿法改性，需要用到各种有机溶剂。以“高岭土有机改性实验研究”(任子平等，岩石矿物学杂志，2001，20(4)：485～489)为例，以二甲亚砜为溶剂，进入高岭土的层间，起到扩充高岭土层间距作用，同时，加入丙烯酰胺和硅烷偶联剂作为有机改性剂，形成了稳定的有机无机符合材料。但是，很显然，有机溶剂的引入不仅使得改性高岭土的生产过程必须面对较大的污染，而且使得生产成本和后处理过程都有所增加，并不适合现代化大规模生产的需要。
机械力球磨法是机械力化学改性法的一种，作为一种新型粉料制备工艺，具有研磨效率高、不受临界转速限制、便于实验研究等特点，可以无须加入有机溶剂，利用高能球磨可制备出聚合物-无机复合材料。例如，加入温粘系数小、耐高低温、抗氧化、闪点高、挥发性小、绝缘性好、表面张力小、对金属无腐蚀、无毒的硅油，在不需要加入任何有机溶剂情况下，即可制备出表面能低、分散稳定的疏水高岭土粉体。目前利用机械力球磨法改性高岭土使其表面由完全亲水转变为疏水的研究并没有报道，因此，在其反应机理以及改性条件的探索和发展方面还有待努力。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有的高岭土粉体的疏水性能和分散性能等而提出了一种疏水改性的高岭土粉体，本发明的另一目的是为了改进现有高岭土粉体生产过程复杂、生产过程有机溶剂使用普遍的现状而提出了一种以机械力化学方法制备表面疏水的改性高岭土粉体的方法。
本发明的技术方案为：在高岭土粉体中加入各种有机改性剂，通过球磨机磨球的机械振动和搅拌、碰撞，将有机改性剂以化学或物理吸附形式结合在高岭土的表面。利用球磨机的转动或振动，对介质原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，将物料粉碎并使其表面性质发生改变。
本发明的具体技术方案为：一种改性的高岭土粉体，其特征在于通过机械力化学改性法加入有机改性剂对高岭土表面进行疏水改性，改性后颗粒平均粒径为0.1μm～20μm，接触角为120°～160°，颗粒分散均匀。
其中所述的有机改性剂为含氢硅油、羟基硅油、甲基硅油或氨基硅油中的任意一种。有机改性剂的加入量与高岭土的质量比优选为1∶6～1∶60。
本发明还提供了一种上述的高岭土粉体的改性方法，其具体步骤如下：
①以球磨机为改性工具，先在球磨罐中加入磨球，再加入高岭土；
②然后在球磨罐中加入各种有机改性剂；
③将加入高岭土和有机改性剂的球罐盖好，固定于球磨机内；控制球磨机转速和球磨时间，得到表面改性的疏水高岭土产品。
优选以6000目高岭土为原料；优选球磨机为行星球磨机，优选球磨机中磨球为大小磨球的混合，优选大小磨球的直径分别为10mm和6mm，个数比为1∶0.8～1∶5。
优选磨球与高岭土的球料质量比10∶1～3∶1。球磨机转速为200～600r/min，球磨时间为2～6h。
其中，上述步骤中先加入磨球，后加高岭土，再加改性剂，是因为磨球质量较重，加入高岭土可以铺盖在磨球表面，改性剂也可以与高岭土预接触，当球磨机高速转动起来的时候，磨球开始在球罐中滚动，撞击混合了有机改性剂的高岭土，使得能量在高岭土与磨球之间迅速传递；反之，如果先加高岭土，后加球，再加改性剂，则改性剂先大量包裹在磨球表面，减低了磨球的表面能，使得磨球能量与高岭土之间传递出现障碍，此外，高岭土铺展于球磨罐底部，磨球较重的情况下，高岭土不易被高能磨球打散，反而很容易在罐底被磨球夯实，粘在球磨罐底，最终取样的时候需用药匙刮下高岭土，相比于先加磨球后加高岭土的改性样品其疏水性能非常差。
本发明制得的疏水改性高岭土的比表面积、接触角和粒径等按常规方法测定。
本发明制得的疏水改性高岭土除用于疏水表面的制备以及材料疏水表面改性以外，还可作为橡胶或塑料的添加剂。
有益效果：
1、本发明所制备的改性高岭土具有较大的比表面积(见附表1)，疏水性能良好，分散性能较好，接触角为120°～160°(见附图1)。
2、本发明的机械力改性高岭土技术操作简单，无须添加任何有机溶剂，无三废排出。
不同球磨机转速下改性高岭土比表面积表见下表。
表1不同转速下的比表面积
| 转速(r/min) | 比表面积a<sub>s，BET</sub>(m<sup>2</sup>g<sup>-1</sup>) |
| 原土 | 8.9235 |
| 200 | 16.223 |
| 300 | 19.879 |
| 400 | 21.257 |
| 500 | 27.517 |
| 600 | 43.515 |
附图说明
图1为机械力改性过后高岭土接触角图，其中1为水滴，2为改性高岭土。
具体实施方式
实施例1：
取行星球磨机球磨罐，加入磨球，其中取直径10mm磨球4颗(每个球重1.4g，下同)，直径6mm磨球10颗(每个球重0.4g，下同)，加入高岭土原土3.0g，加入改性剂甲基硅油0.3g，在球磨转速为400r/min下改性5h，制得接触角为138.61°，比表面积为20.612m2g-1。
实施例2：
取行星球磨机球磨罐，加入磨球，其中取直径10mm磨球8颗，直径6mm磨球10颗，加入高岭土原土3.0g，加入改性剂含氢硅油0.1g，在球磨转速为500r/min下改性3h，制得接触角为147.25°，比表面积为25.177m2g-1。
实施例3：
取行星球磨机球磨罐，加入磨球，其中取直径10mm磨球8颗，直径6mm磨球20颗，加入高岭土原土3.0g，加入改性剂含氢硅油0.1g，在球磨转速为500r/min下改性4h，制得接触角为155.98°，比表面积为32.525m2g-1。
实施例4：
取行星球磨机球磨罐，加入磨球，其中取直径10mm磨球8颗，直径6mm磨球20颗，加入高岭土原土3.0g，加入改性剂氨基硅油0.1g，在球磨转速为400r/min下改性5h，制得接触角为142.49°，比表面积为20.493m2g-1。
实施例5：
取行星球磨机球磨罐，加入磨球，其中取直径10mm磨球8颗，直径6mm磨球20颗，加入高岭土原土3.0g，加入改性剂羟基硅油0.3g，在球磨转速为300r/min下改性6h，制得接触角为144.37°，比表面积为19.637m2g-1。
实施例6：
取行星球磨机球磨罐，加入磨球，其中取直径10mm磨球12颗，直径6mm磨球20颗，加入高岭土原土3.0g，加入改性剂羟基硅油0.1g，在球磨转速为500r/min下改性3h，制得接触角为146.39°，比表面积为25.680m2g-1。
Claims (6)
1.一种改性高岭土粉体，其特征在于通过球磨机械力化学改性法加入有机改性剂对高岭土表面进行疏水改性，改性高岭土粉体颗粒平均粒径为0.1μm～20μm，接触角为120°～160°，其中所述的有机改性剂为含氢硅油、羟基硅油、甲基硅油或氨基硅油中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的改性高岭土粉体，其特征在于有机改性剂的加入量与高岭土的质量比为1∶6～1∶60。
3.一种制备如权利要求1所述的改性高岭土粉体的方法，其具体步骤如下：
①以球磨机为改性工具，先在球磨罐中加入磨球，再加入高岭土；
②然后在球磨罐中加入有机改性剂；
③将加入高岭土和有机改性剂的球磨罐盖好，固定于球磨机内；控制球磨机转速和球磨时间，得到改性高岭土粉体。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的磨球为大小磨球的混合，其中大小磨球的直径分别为10mm和6mm，大小磨球的个数比为1∶0.8～1∶5。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的磨球与高岭土的球料质量比为10∶1～3∶1。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的球磨机转速为200～600r/min，球磨时间为2～6h。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Assignee: Jiangsu Jiangda Ecological Technology Co., Ltd. Assignor: Nanjing University of Technology Contract fulfillment period: 2009.11.10 to 2015.11.9 Contract record no.: 2009320001779 Denomination of invention: Modified kaolin powder and method for preparing the same Granted publication date: 20091028 License type: Exclusive license Record date: 20091221 |
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| LIC | Patent licence contract for exploitation submitted for record |
Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2009.11.10 TO 2015.11.9; CHANGE OF CONTRACT Name of requester: JIANGSU JIANGDA ECOSYSTEM SCIENCE + TECHNOLOGY CO. Effective date: 20091221 |
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Granted publication date: 20091028 Termination date: 20190723 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |