CN101372558B - 超细复合改性高岭土粉体、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了超细复合改性高岭土粉体、制备方法及其应用，所述的粉体含有以下物质及重量份：75-85份煅烧高岭土、15-20份硅灰石、1-2份硅烷偶联剂、0.8-1.2份硬脂酸；制备方法为：将高岭土粉中加入硅灰石，升温至100-110℃时，保温5～10分钟，再加入偶联剂，升温至145-155℃，保温6-10分钟，冷却物料至95～105℃，加入硬脂酸，即可，所述的粉体在轻型汽车轮胎胎面橡胶、水性建筑外墙涂料、PE大棚膜材料中的应用。本发明与现有技术相比，所生产的超细复合改性高岭土具有优良的表面活性和分散性，与其他材料的相容性好、加工流动性能好，能够更好地满足复合材料高强度和高性能的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种超细复合改性粉体、制备方法及其应用，特别涉及超细复合改性高岭土粉体、制备方法及其应用。
技术背景
高岭土是一种重要的矿物原料，在橡胶、涂料、塑料等领域得到广泛应用。因高岭土属于层状硅酸盐矿物，超细后的粉体表面含有羧基和含氧基团，具有一定的酸性，而煅烧高岭土尤其严重，因此，特别是用在橡胶和涂料、塑料等领域是需要对超细高岭土粉进行较好的改性处理。经复合改性处理的高岭土粉体材料能有效地改善制品某些方面的物理、力学性能或能赋予涂料、橡胶、塑料等制品一些全新的功能，因此，超细复合改性高岭土粉已经成为涂料、橡胶、塑料等领域不可缺少的功能性材料。
通常非金属粉体表面性质的改变是依靠有机或无机的化学物质(即表面改性剂)在粉体粒子表面进行包覆或包膜来实现的，改性工艺方法为：运用单一的高速混合机或其他单一改性设备对超细非金属粉体进行表面改性。所制备出来的粉体分散性和表面活性较低，在使用时存在着与其它有机材料相容性差、加工流动性能差，在起着填充、增量的同时，在一定程度上影响产品的综合应用性能，或者一定程度上影响了产品的外观要求。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供粒径细微化、表面活性化、应用性能优异化的超细复合改性高岭土粉体。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述粉体的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供上述粉体的应用。
本发明解决技术问题的技术方案为：超细复合改性高岭土粉体，所述的粉体含有以下物质及重量份：
煅烧高岭土(d50：0.8um～1um) 75-85份
硅灰石(d50：1.5um～2um) 15-20份
硅烷偶联剂 1-2份
硬脂酸 0.8-1.2份
所述的硅烷偶联剂的型号为KH-580，由南京曙光公司生产。
所述的硬脂酸型号为1801。
所述的超细复合改性高岭土粉体的制备方法为：
将高岭土粉加入高速混合机中，再加入硅灰石粉，高速搅拌并升温，当温度达到100-110℃时，保温5～10分钟，然后均匀地加入偶联剂，升温至145-155℃，再保温6-10分钟，放料至中间料斗中，冷却物料至95～105℃，螺旋计量给料机定量向三辊连续粉体表面改性机连续喂料，同时加入硬脂酸，即可。成品由气力输送装置输送至成品仓，最后由自动包装机包装。
所述的超细复合改性高岭土粉体在轻型汽车轮胎胎面橡胶中的应用。
所述的超细复合改性高岭土粉体在水性建筑外墙涂料中的应用。
所述的超细复合改性高岭土粉体在PE大棚膜材料中的应用。
本发明通过超细高岭土粉与硅灰石粉之间的预混合，可以利用超细粉体不同的粒径分布进行合理级配，而且超细高岭土与硅灰石粉之间因不同的粉体的晶型结构及化学组成的差异能够有效弥补单一超细非金属粉体固有的性能缺陷，形成性能优势互补的超细非金属粉复合体。如硅灰石是一种针状结构，其尺寸稳定性、热稳定性等补强作用更优异。所述的超细非金属粉复合体经偶联剂的浸润、桥接等作用下大大降低了表面能，所述的硬脂酸的进一步处理，更增强了超细复合改性非金属粉的表面活性和流动性，偶联剂和硬脂酸之间良好的协同改性效应有效克服超细粉体的团聚倾向，也更好的改善了超细复合改性非金属粉的相容性。
本发明与现有技术相比，所生产的超细复合改性高岭土具有优良的表面活性和分散性，与其他材料的相容性好、加工流动性能好，能够更好地满足复合材料高强度和高性能的要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细的说明。
实施例1
配比：
煅烧高岭土(d50：0.8um～1um) 75重量份
硅灰石(d50：1.5um～2um) 20重量份
硅烷偶联剂 1.5重量份
硬脂酸 1重量份
所述的硅烷偶联剂的型号为KH-580，由南京曙光公司生产。
所述的硬脂酸的型号为1801。
其制备方法为：
将煅烧高岭土(d50：0.8um～1um)与硅灰石(d50：1.5um～2um)依次加入到高速混合机，高速搅拌并升温，当温度达到100℃时，保温7分钟，然后加入已调制好的硅烷偶联剂，升温至155℃，再保温6分钟，冷却物料至95℃将物料输送到三辊连续改性机中再加计量好的硬脂酸作进一步改性，出料即可。
实施例2
配比：
煅烧高岭土(d50：0.8um～1um) 80重量份
硅灰石(d50：1.5um～2um) 15重量份
硅烷偶联剂 1.2重量份
硬脂酸 1.1重量份
所述的，硅烷偶联剂的型号为KH-580由南京曙光公司生产。
所述的硬脂酸的型号为1801。
其制备方法为：
将煅烧高岭土(d50：0.8um～1um)与硅灰石(d50：1.5um～2um)依次加入到高速混合机，高速搅拌并升温，当温度达到100℃时，保温8分钟，然后加入已调制好的硅烷偶联剂，升温至152℃，再保温8分钟，冷却物料至98℃将物料输送到三辊连续改性机中再计量好的硬脂酸作进一步改性，出料即可。
实施例3
配比：
煅烧高岭土(d50：0.8um～1um) 85重量份
硅灰石(d50：1.5um～2um) 10重量份
硅烷偶联剂 2重量份
硬脂酸 1.2重量份
所述的硅烷偶联剂的型号为KH-580，由南京曙光公司生产。
所述的硬脂酸的型号为1801。
其制备方法为：
将煅烧高岭土(d50：0.8um～1um)与硅灰石(d50：1.5um～2um)依次加入到高速混合机，高速搅拌并升温，当温度达到108℃时，保温8分钟，然后加入已计量好的钛酸酯偶联剂，升温至150℃，再保温10分钟，冷却物料至100℃将物料输送到三辊连续改性机中再计量好的硬脂酸作进一步改性，出料即可。
本发明的粒径按照GB/T19281-2003的标准进行检测
本发明的水分按照GB/T19281-2003的标准进行检测
本发明的活化度按照GB/T19281-2003的标准进行检测
本发明的吸油量按照GB/T19281-2003的标准进行检测
本发明的白度按照GB/T19281-2003的标准进行检测
实施例1、2、3所制备的超细复合改性高岭土粉的技术指标如表1：
表1
| 水分％ | 粒径d50/um | 白度％ | 活化度％ | 吸油值g/100g | |
| 改性前 | 0.52 | 0.98 | 92.4 | 0 | 50 |
| 实施例1 | 0.31 | 0.97 | 92.1 | 96.5 | 27 |
| 实施例2 | 0.38 | 1.01 | 92.2 | 96.0 | 26 |
| 实施例3 | 0.35 | 0.98 | 92.4 | 98.2 | 19 |
实施例4：
将实施例1中所制备的超细复合改性高岭土用于轻型汽车轮胎胎面橡胶中，详细如下：
配方1：
NR 45重量份
BR 40重量份
SBR 15重量份
N220 50重量份
防老剂 2.5重量份
芳烃油 5重量份
硫化活性剂及润滑剂 10重量份
配方2：除用10份未改性煅烧高岭土(d50：0.8um～1um)取代10份N220外，其余与配方1相同。
配方3：除用15份实施例1中所制备的超细复合改性高岭土取代15份N220外，其余与配方1相同。
所述的生胶为NR、BR、SBR马来西亚进口，炭黑N220为上海孚华公司生产，防老剂(BLE)由江苏飞亚化学提供，芳烃油、硫化活性剂均为市售产品。
保持原混炼工艺不变，胶料经硫化、测试对比，实验性能如表2：
本发明的定伸强度按照GB/T528-98的标准进行检测，
本发明的撕裂强度按照GB/T529-99的标准进行检测，
本发明的拉伸强度按照GB/T3512-2001的标准进行检测，
本发明的永久变形按照GB/T7795-96的标准进行检测，
本发明的磨耗按照GB/T1689—1998的标准进行检测，
本发明的硬度按照GB/T6031—1998的标准进行检测
表2
| 性能 | 配方1 | 配方2 | 配方3 |
| 邵氏A硬度 | 62 | 64 | 62 |
| 拉伸强度MPa | 22.3 | 15.5 | 22.1 |
| 300％定伸MPa | 8.1 | 7.7 | 8.5 |
| 扯断伸长率％ | 635 | 596 | 640 |
| 永久变型％ | 20 | 25 | 19 |
| 撕裂强度KN/m | 86 | 74 | 88 |
| 永久变形％ | 19 | 22 | 19 |
| 磨耗cm3 | 0.14 | 0.26 | 0.13 |
从表2的指标来看，用未改性的高岭土取代1/5的炭黑N220配合所生产的橡胶各项性能下降明显，尤其拉伸强度几乎不符合要求。而用本发明实施例1所制备的超细复合改性高岭土粉体取代1/3的炭黑N220配合所制橡胶相比，在硬度、定伸强度、扯断伸长率、撕裂强度等指标全面优于单独用炭黑N220，而拉伸强度、变形等指标几乎与单独用炭黑N220一致，其补强、增韧性能明显，说明本发明实施例1所制备的超细复合改性高岭土粉体不仅与橡胶和其它有机组分的相容性能优良，而且，是一种新型的橡胶制品补强剂，具有优良的应用空间。
实施例5：将实施例2中所制备的超细复合改性高岭土用于水性建筑外墙涂料中，具体方案如下：
一、配方
配方4
水 150.0重量份
钛白粉 50.0重量份
沉淀硫酸钡 92.5重量份
未改性高岭土 95重量份
成膜助剂 10.0重量份
分散剂 2.0重量份
消泡剂 1.5重量份
增稠剂 2.0重量份
防酶剂 0.5重量份
硅改丙苯乳液 96.5重量份
氨水调PH＝7
配方5
除用实施例2所制备的超细超细复合改性高岭土粉取代配方4中的未改性高岭土，其余同配方4。
所述钛白粉为金红石型，进口；沉淀硫酸钡为600目，市售；未改性煅烧高岭土(d50：0.8um～1um)为市售；硅改丙苯乳液固体份为50％，市售；其它材料均为市售。
二、工艺
1、用水将增稠剂溶解；
2、加各种助剂，搅匀；
3、加粉剂，搅匀，润湿(可补适量水使之充分润湿)；
4、各料入砂磨机罐中，加玻璃砂，开机研磨，控制30分钟，转速4000转/分，研磨30分钟后，测细度≤60um停机，加乳液，搅匀，过滤，用氨水调PH＝7，即可。
涂料按照GB/T9755-2001标准要求检验，具体指标见表3
表3
| 项目 | 配方4 | 配方5 |
| 细度达50μm所需分散时间 | 50分钟 | 22分钟 |
| 涂料外观 | 白色均匀粘稠物 | 白色均匀粘稠物 |
| 容器中状态 | 均匀粘稠物无硬块 | 均匀粘稠物无硬块 |
| 涂刷性(二遍) | 涂刷无障碍 | 涂刷无障碍 |
| 表干≤0.5 | 0.45 | 0.4 |
| 耐水性96h | 无异常 | 无异常 |
| 耐碱性48h | 无异常 | 无异常 |
| 白度％ | 86 | 89.5 |
| 遮盖率g/m2 | 113 | 97 |
| 附着力％ | 95 | 100 |
| 耐人工老化性≥h | 500 | 600 |
| 耐洗擦性≥2000次 | 4200 | 6000 |
从表3所示的技术指标来看，实施例2所制备的超细非金属复合改性粉体在水性建筑外墙涂料中加工分散性能更好，其砂磨分散时间要比不改性高岭土节约一倍时间，而且涂料的附着力和耐擦洗性能更优越，且单位涂刷面积更大，耐老化性能更强，是新型的功能性外墙涂料助剂。
实施例6：
实施例3所制备的超细复合改性高岭土粉体应用于PE大棚膜材料中，详细如下：
配方6：
实施例3所制备的超细复合改性高岭土粉体 80重量份
聚乙烯蜡 2.8重量份
LLDPE树脂(MRF＝2g/10min) 8.5重量份
LDPE树脂(MRF＝2～4g/10min) 8.5重量份
白油 1.2重量份
本发明中的LLDPE树脂由上海石化、LDPE树脂由扬子石化公司生产，聚乙烯蜡为泰国H110，白油为15#工业级，市售。
将上述配方进行造粒，制备方法为：
1、将实施例3所制备的超细复合改性高岭土粉体投入到高速混合机中，在高速搅拌下升温至75℃，再依次加入计量好的聚乙烯蜡和LLDPE、LDPE树脂和白油，温度控制在110℃，继续搅拌8分钟放料。
2、将混合好的物料放入长径比为40：1的平行同向双螺杆挤出机中进行造粒，挤出机1～10区的温度分别为152℃、158℃、160℃、165℃、170℃、165℃、160℃、145℃、140℃、135℃，熔体温度控制在130～140℃，熔体压力控制在4.5MPa
本发明的密度按照GB1033-1986的标准进行检测
本发明的熔融指数按照GB3682-2000的标准进行检测
本发明的重金属含量按照GB/T9758-1988的标准进行检测
配方5所制备的PE大棚膜专用母粒性能如表4：
表4：
| 水分％ | 熔融指数g/10min | 密度g/cm3 | 重金属总量(Cd、Pb、Hg、Cr6+) | |
| 配方6 | 0.28 | 1.53 | 1.40 | 未检出 |
将配方6所制备的PE大棚膜专用母粒按20％的比例加入到LLDPE:LDPE＝2:1的共混树脂中，吹制成厚度为0.07mm的薄膜，具体指标如表5所示：
本发明的拉伸强度按照GB13022-1991的标准进行检测
本发明的断裂伸长率按照GB13022-1988的标准进行检测
本发明的直角撕裂强度按照GB/1130-91的标准进行检测
表5
从表5可以看出，本发明将所制备的PE大棚膜专用母粒按20％的比例加入到LLDPE:LDPE＝2:1的共混树脂中，吹制成厚度为0.07mm的大棚薄膜，在拉伸强度、直角撕裂强度、断裂伸长率等均与纯LDPE/LLDPE棚膜相近，但配方6所制备的PE棚膜能大幅度地提高了棚膜的保温性能和对紫外线的屏蔽作用，从而能提高棚内温度，减少紫外线对农作物的伤害，进而提高了农作物的品质和产量，具有极高的应用价值和市场前景。
Claims (5)
1.超细复合改性高岭土粉体的制备方法，其特征在于：
将高岭土粉加入高速混合机中，再加入硅灰石，高速搅拌并升温，当温度达到100-110℃时，保温5～10分钟，然后加入偶联剂，升温至145-155℃，再保温6-10分钟，放料至中间料斗中，冷却物料至95～105℃，螺旋计量给料机定量向三辊连续粉体表面改性机连续喂料，同时加入硬脂酸，成品由气力输送装置输送至成品仓，最后由自动包装机包装；
所述的粉体含有以下物质及重量份：
2.根据权利要求1所述的超细复合改性高岭土粉体的制备方法，其特征在于：所述的硅烷偶联剂的型号为KH-580。
3.权利要求1所述的超细复合改性高岭土粉体的制备方法所制备的粉体在轻型汽车轮胎胎面橡胶中的应用。
4.权利要求1所述的超细复合改性高岭土粉体的制备方法所制备的粉体在水性建筑外墙涂料中的应用。
5.权利要求1所述的超细复合改性高岭土粉体的制备方法所制备的粉体在PE大棚膜材料中的应用。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20111116 Termination date: 20180815 |