CN101049941A - 一种膨润土无机凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种膨润土无机凝胶的制备方法，属膨润土的加工技术领域，其特征在于先将膨润土滤饼与钠盐粉料及尿素粉料混合改性成混合物料，然后烘干粉碎，再与成胶剂混合均匀得到膨润土无机凝胶；所述的钠盐粉料为碳酸钠，氟化钠，硅酸钠等的任一种或一种以上的混合物，其加入量为膨润土滤饼干料重量百分比的2％～10％；所述尿素粉料的加入量为膨润土滤饼干料重量百分比的0～20％；所述的成胶剂为胶类或纤维素类物质的一种或一种以上的混合物，其加入量为混合物料烘干粉碎后重量百分比的1％～30％。本发明工艺简单，生产效率高，成本低，产品性能好，添加的改性剂、成胶剂无毒无害，易于实现大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种膨润土无机凝胶的制备方法，属膨润土的加工技术领域。
背景技术
无机凝胶是精细化工类高科技产品，由硅、镁、铝、氧、钠等无机元素组成的层状、链状及架状结构的特种硅酸盐，无毒、无味、纯天然。无机凝胶因其在水中的膨胀能力并能把有益的流变性质带到含水体系中而变得有应用价值。
膨润土无机凝胶是采用三八面体富镁皂石和特殊的二八面体蒙脱石经精制而得的胶体类产品。独特的层状镁铝硅酸盐结构，使其具有高度的亲水性，在水溶液中可形成非牛顿液体类型的触变性凝胶。这种矿物无机凝胶对悬浮液的稳定性具有重要影响。由于它在水介质中高度分散，形成空间卡片宫结构，并使多量自由水转变成束缚水，从而使其本身获得较高稠度。正是无机凝胶的这种结构特性，使得其产品具有优异的胶体性能、流变特性、耐酸碱性、悬浮性能等，在建材、环保、日化、制药、陶瓷、玻璃、造纸、铸造、洗涤、电池等行业有着广泛的应用。
现有文献报道膨润土无机凝胶的制备方法主要有以下几种：
1、合成膨润土无机凝胶，改变膨润土的晶体结构再与其它组分合成凝胶。1999年第三期《矿产保护与利用》发表了一篇“无机凝胶的合成及其在压裂支撑剂中的应用研究”的文章，其合成部分的主要内容是在温度110℃左右对膨润土进行酸溶处理，经老化后按一定成分与其它组分配比在高压釜中经170～180℃恒温反应制得。该方法要求在高温高压条件下反应，生产过程中能耗较高且存在安全隐患。
2、复合膨润土无机凝胶，以膨润土为基料与其它组分混合改性制备凝胶。2003年第二期《石油与天然气化工》发表了一篇“复合无机凝胶的研制与性能”的文章，其方法是将70％粘土、20％硅酸钠、10％PAM和1％稳定剂在80℃、5％酸度条件下反应9小时得到复合无机凝胶。该方法生产过程需在酸性条件下进行，对设备的要求较高，不利于长期的规模化生产。中国专利CN1103130A公开了一种将膨润土、硅酸钠、聚丙烯酰胺、磺化酚醛树脂混合制备膨润土凝胶的方法，该方法制备的无机凝胶主要应用于油田钻井等工业领域，但其添加剂聚丙烯酰胺、磺化酚醛树脂不符合食品卫生要求，无法应用于食品、医药等领域。
3、天然硅酸镁铝无机凝胶，以含有硅酸镁铝的粘土矿物，经浸泡、制浆、提纯、改性、洗涤等工艺流程制备高纯度天然无机凝胶。中国专利公开号CN1562745A公开了一种预激活、后激活二次改性的生产无机凝胶的方法。但是该方法制备的无机凝胶粘度较低，无法应用于要求高稠度的领域。另外，与其类似的专利还有中国专利公开号CN1363515A，该专利在生产过程中加入改性剂种类过多同时需加热并高速搅拌，制备复杂，能耗高。
另外，与本发明相关的还有中国专利公开号CN1724355A，该专利公开了一种将膨润土粉料、钠盐粉料和尿素粉料混合加热制备钠基膨润土的方法，但是该方法采用干法工艺，钠化改性不够充分，稠度较低起不到增稠作用。
综上所述，现有制备膨润土无机凝胶的方法主要存在以下问题：
1、生产条件要求较高，能耗大，大规模生产存在安全隐患。
2、对生产设备要求高，一次性投入大。
3、产品性能一般，应用领域较窄。
发明内容
本发明目的在于提供一种工艺简单，生产效率高，生产成本低，产品性能好，易于实现大规模生产的膨润土无机凝胶的制备方法。
本发明为一种膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于先将膨润土滤饼与钠盐粉料及尿素粉料混合改性成混合物料，然后烘干粉碎，再与成胶剂混合均匀得到膨润土无机凝胶；所述的钠盐粉料为碳酸钠，氟化钠，硅酸钠等的任一种或一种以上的混合物，其加入量为膨润土滤饼干料重量百分比的2％～10％；所述尿素粉料的加入量为膨润土滤饼干料重量百分比的0～20％；所述的成胶剂为胶类或纤维素类物质的一种或一种以上的混合物，其加入量为混合物料烘干粉碎后重量百分比的1％～30％。
所述膨润土滤饼的含水量可为40％～80％。
所述混合改性工序中的混合设备可为双螺杆挤出机或捏合机，混合时间为0.5～4小时。
所述烘干粉碎工序中的烘干温度可为80～200℃，混合物料粉碎至粒径小于80目。
所述尿素粉料的加入量可为膨润土滤饼干料重量百分比的4％～15％。
所述的胶类成胶剂可为氧化镁，黄原胶等；所述的纤维素类成胶剂可为羧甲基纤维素钠，聚阴离子纤维素等。所述成胶剂加入量可为混合物料烘干粉碎后重量百分比的4％～20％。
本发明与现有技术相比，具有以下突出优点和积极效果：
1、采用本发明所述方法对膨润土滤饼进行改性，解决了在膨润土矿浆中进行湿法改性不利于脱水、干燥和对膨润土粉料进行干法改性不够充分，产品性能不佳的问题。
2、改性剂钠盐和尿素有机结合及协同作用使钙基或钙钠基膨润土充分钠化，得到高膨胀性钠基膨润土。加入成胶剂改变了蒙脱石片层电荷特性，有利于蒙脱石片层形成空间卡片宫式结构，从而使膨润土溶胶转化为凝胶，产品稠度和触变性能大大提高，最终制得高稠度膨润土无机凝胶产品。
3、生产工艺简单、安全，添加的改性剂、成胶剂无毒无害，生产过程中无废水、废气排放，不会对环境造成污染，利于实现大规模生产。
具体实施方式
对比例1：
将蒙脱石含量大于80％的浙江安吉膨润土滤饼在95℃下烘干，粉碎过100目筛。
对比例2：
将蒙脱石含量大于80％的浙江安吉膨润土滤饼在100℃下烘干，粉碎过325目筛。依现有技术添加5％的碳酸钠粉料和10％的尿素粉料，在混合机中混匀后用烘箱在95℃下恒温3小时。
实施例1：
以蒙脱石含量大于80％的浙江安吉膨润土滤饼为原料，含水量为40％～80％，添加滤饼干料重量6％的碳酸钠和13％尿素粉料，在双螺杆挤出机中混合改性1.2小时，将改性后的物料在105℃烘干，粉碎过300目筛后与烘干后物料重量25％的羧甲基纤维素钠混合。
实施例2：
以蒙脱石含量大于80％的浙江安吉膨润土滤饼为原料，添加滤饼干料重量2％的碳酸钠和20％尿素粉料，在双螺杆挤出机中混合改性2小时。将改性后的物料在130℃烘干，粉碎过80目筛后与烘干后物料重量30％的黄原胶混合。
实施例3：
以蒙脱石含量大于80％的浙江安吉膨润土滤饼为原料，添加滤饼干料重量8％的碳酸钠，在捏合机中混合改性1小时，将改性后的物料在190℃烘干，粉碎过325目筛后与烘干后物料重量4％的氧化镁混合。
实施例4：
以蒙脱石含量大于80％的浙江安吉膨润土滤饼为原料，添加滤饼干料重量3％的碳酸钠和15％尿素粉料，在捏合机中混合改性1.5小时，将改性后的物料在85℃烘干，粉碎过200目筛后与烘干后物料重量5％的羧甲基纤维素钠和5％的黄原胶混合。
实施例5：
以蒙脱石含量大于80％的浙江安吉膨润土滤饼为原料，添加滤饼干料重量4％的碳酸钠和8％尿素粉料，在捏合机中混合改性4小时，将改性后的物料在90℃烘干，粉碎过80目筛后与烘干后物料重量10％的聚阴离子纤维素和5％的氧化镁混合。
实施例6：
以蒙脱石含量大于80％的浙江安吉膨润土滤饼为原料，添加滤饼干料重量7％的碳酸钠和4％尿素粉料，在捏合机中混合改性3小时，将改性后的物料在120℃烘干，粉碎过125目筛后与烘干后物料重量5％的黄原胶和5％的氧化镁混合。
实施例7：
以蒙脱石含量大于80％的浙江安吉膨润土滤饼为原料，添加滤饼干料重量8％的碳酸钠和20％尿素粉料，在捏合机中混合改性0.5小时，将改性后的物料在80℃烘干，粉碎过100目筛后与烘干后物料重量4％的羧甲基纤维素钠、3％的黄原胶和3％的氧化镁混合。
实施例8：
以蒙脱石含量大于80％的浙江安吉膨润土滤饼为原料，添加滤饼干料重量10％的硅酸钠和9％尿素粉料，在捏合机中混合改性2.5小时，将改性后的物料在95℃烘干，粉碎过325目筛后与烘干后物料重量20％的聚阴离子纤维素(PAC)混合。
实施例9：
以蒙脱石含量大于80％的浙江安吉膨润土滤饼为原料，添加滤饼干料重量6％的氟化钠和12％尿素粉料，在捏合机中混合改性2小时，将改性后的物料在100℃烘干，粉碎过300目筛后与烘干后物料重量25％的黄原胶混合。
将上述实施例中所得样品在常温条件下按照4％浓度，2000转/分钟搅拌15分钟制胶，放置12小时后用NDJ-8S数字显示粘度计测试粘度、触变值、pH值等性能，测试粘度所用转子为4号转子，转速为60转/分钟。所得数据列表如下：
| 钠盐(％) | 尿素(％) | 成胶剂(％) | 粘度(mpa.s) | 触变值 | pH值 | |
| 对比例1 | 0 | 0 | 0 | 16 | 0 | 7.0 |
| 对比例2 | 5 | 10 | 0 | 300 | 3.0 | 8.0 |
| 实施例1 | 6 | 13 | 25 | 1360 | 5.5 | 8.0 |
| 实施例2 | 2 | 20 | 30 | 1000 | 6.2 | 7.5 |
| 实施例3 | 8 | 0 | 4 | 1100 | 6.0 | 9.0 |
| 实施例4 | 3 | 15 | 10 | 800 | 5.8 | 8.0 |
| 实施例5 | 4 | 8 | 15 | 1240 | 6.0 | 8.5 |
| 实施例6 | 7 | 4 | 10 | 850 | 5.6 | 9.0 |
| 实施例7 | 8 | 20 | 10 | 920 | 6.2 | 9.0 |
| 实施例8 | 10 | 9 | 20 | 1150 | 6.3 | 8.0 |
| 实施例9 | 6 | 12 | 25 | 700 | 5.8 | 8.0 |
Claims (7)
1、一种膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于先将膨润土滤饼与钠盐粉料及尿素粉料混合改性成混合物料，然后烘干粉碎，再与成胶剂混合均匀得到膨润土无机凝胶；所述的钠盐粉料为碳酸钠，氟化钠，硅酸钠等的任一种或一种以上的混合物，其加入量为膨润土滤饼干料重量百分比的2％～10％；所述尿素粉料的加入量为膨润土滤饼干料重量百分比的0～20％；所述的成胶剂为胶类或纤维素类物质的一种或一种以上的混合物，其加入量为混合物料烘干粉碎后重量百分比的1％～30％。
2、按权利要求1所述一种膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于所述膨润土滤饼的含水量为40％～80％。
3、按权利要求1所述一种膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于所述混合改性工序中的混合设备为双螺杆挤出机或捏合机，混合时间为0.5～4小时。
4、按权利要求1所述一种膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于所述烘干粉碎工序中的烘干温度为80～200℃，混合物料粉碎至粒径小于80目。
5、按权利要求1所述一种膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于所述尿素粉料的加入量为膨润土滤饼干料重量百分比的4％～15％。
6、按权利要求1所述一种膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于所述的胶类成胶剂为氧化镁，黄原胶；所述的纤维素类成胶剂为羧甲基纤维素钠，聚阴离子纤维素。
7、按权利要求1或6所述一种膨润土无机凝胶的制备方法，其特征在于所述成胶剂加入量为混合物料烘干粉碎后重量百分比的4％～20％。
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