CN102602950A

CN102602950A - 一种活性纳米高岭土的制备方法

Info

Publication number: CN102602950A
Application number: CN2012100664501A
Authority: CN
Inventors: 杜艳艳; 王燕民; 潘志东
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明公开了一种活性纳米高岭土的制备方法。本方法包括如下步骤：在一定温度下采用化学插层方法，并通过有效物理超细研磨得到纳米高岭土，再利用酸洗工艺活化高岭土，通过溶剂置换干燥法制备高活性、高比表面积的活性纳米高岭土。

Description

一种活性纳米高岭土的制备方法

技术领域

本发明涉及高岭土的制备方法，具体涉及一种活性纳米高岭土的制备方法。

背景技术

高岭土存储量丰富且是一种环境友好的天然矿物材料，可用作有机聚合物填料，能提高聚合物气密性和拉伸强度；还可用于涂布造纸，能提高纸张遮盖性和光泽度。

由于高岭土是Al-O(OH)八面体和Si-O四面体组成的1:1型层状结构的水合硅酸盐矿物，层间通过氢键连接，层内离子饱和，可交换阳离子较少，因此，使得纳米高岭土的制备相对于其他层状材料来说，技术较为复杂。现有制备纳米高岭土的方法有物理研磨和/或小分子化学插层法。采用物理研磨法，若研磨时间控制不当，容易破坏高岭土的晶形结构，再则，物理制备时间长（数小时甚至数十小时），以致所需能耗较高；采用小分子化学插层法具有插层剂用量多、反应时间长等缺点。另外，采用以上方法制备的纳米高岭土活性点较少，不利于提高高岭土与聚合物的相容性。

发明内容

本发明克服现有技术存在的缺点与不足，提供一种活性纳米高岭土的制备方法。本发明在一定温度下采用化学插层方法，再用高能量密度陶瓷珠磨机超细研磨有效制备纳米高岭土；然后酸洗纳米高岭土，以提高活性，得到具有高比表面积和纳米粒级的活性高岭土。

本发明所采用的技术方案：

一种活性纳米高岭土的制备方法，包括如下步骤：

（1）将高岭土原料与尿素溶液混合后添加分散剂，搅拌均匀后在温度为60℃～90℃的条件下反应3h～12h，然后经高能量密度陶瓷珠磨机物理超细研磨1-2小时后得到纳米高岭土，

（2）将（1）中的纳米高岭土与水配成固含量为10 %的浆液，并向浆液中加入硫酸后，在温度为95℃的条件下反应4h，

（3）将（2）中反应后的浆液水洗至pH=4.0，

（4）将（3）中的浆液通过采用溶剂置换法干燥后得到活性纳米高岭土。

所述步骤（4）中采用溶剂置换法干燥后，将干燥产品在大于120℃的条件下除去残余正丁醇。

所述步骤（2）中的硫酸为浓硫酸，硫酸加入量与高岭土原料的质量比为1：2～20。

所述高岭土原料、尿素、水的质量比为1：0.2～0.5：1。

所述分散剂的加入量为高岭土原料质量的1.5%。

所述上述方法制备得到一种比表面积大于120m²/g,片层厚度为20-50纳米的活性纳米高岭土。

所述分散剂采用有机分散剂或六偏磷酸钠。

所述上述方法以尿素为化学插层剂。

本发明的有益效果：

本发明在于采用一种高能量密度/近“零”污染的陶瓷珠磨机对化学插层后的高岭土进行有效超细研磨，在相对较短时间内制备纳米高岭土；并酸洗活化纳米高岭土，使高岭土比表面积增大，高岭土表面活性点数量增多。因此，本发明优点是制备方法节能，制备效果显著，操作工艺简单。

附图说明

图1是实施例2中的活性纳米高岭土的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

实施例中分散剂为法国产有机分散剂(WF-211)；磨机和搅拌机分别为深圳市叁星飞荣机械有限公司型号为WS-0.3L高能量密度陶瓷珠磨机（陶瓷搅拌轮转速为2500rpm，研磨介质为珠径0.4-0.5 mm的氧化锆陶瓷珠）和型号为SDF400高速分散搅拌机；分散机为台湾荣聪公司型号RT-04分散机，转速10000rpm；比表面积和特征粒径测试仪器分别为美国Micromeritics公司FlowSorbⅡ型比表面积仪和SediGraph Ⅲ型X光沉降粒度仪。

实施例1

取高岭土原料100g，加入溶有20g尿素的100 mL水溶液中，添加1.5g分散剂后搅拌均匀，在90℃反应3h后，使尿素小分子能与高岭土颗粒作用，采用高能量密度陶瓷珠磨机研磨1h，得到纳米高岭土。将制得纳米高岭土与水配成固含量为10%的浆液，向浆液中加入占高岭土质量的5%的浓硫酸，充分搅拌后在95℃下反应4h，反应结束后水洗高岭土浆液至pH=4.0。离心分离或抽滤制备高岭土泥饼，将泥饼与一定量正丁醇混合均匀，溶剂置换法除去高岭土中水分（温度由93℃升高至117℃止），共沸产品在125℃条件下干燥一段时间除去正丁醇并于高速分散机中分散即可制得活性纳米高岭土即产品1。

实施例2

取高岭土原料100g，加入溶有30g尿素的100ml水溶液中，添加1.5g分散剂后搅拌均匀，在60℃反应8h后用高能量密度陶瓷珠磨机在相同参数下研磨1.5h，得到纳米高岭土。将得到的纳米高岭土配成固含量10%的浆料，加入占高岭土质量50%的浓硫酸，充分搅拌后在95℃反应4h。反应结束后用清水洗涤至高岭土浆液pH=4.0，离心分离或抽滤制备高岭土泥饼，将泥饼与一定量正丁醇混合均匀，溶剂置换法（共沸蒸馏）除去高岭土中水分（温度由93℃升高至117℃止）。共沸产品在125℃条件下干燥除去正丁醇并置于高速分散机分散制备得到活性纳米高岭土即产品2。

实施例3

取高岭土原料100g，加入溶有50g尿素的100ml水溶液中，添加1.5g分散剂后搅拌均匀，在75℃保持12h后用磨机研磨2h，制得纳米高岭土。将制得的纳米高岭土配成固含量10%的浆料，加入占高岭土质量30%的浓硫酸，充分搅拌后在95℃保持4h。反应结束后用清水洗涤至高岭土浆液pH为4.0，并通过离心分离或抽滤制备高岭土泥饼，将高岭土泥饼与一定量正丁醇混合均匀后采用溶剂置换法除去高岭土中泥饼中水分。将除去水分的高岭土泥饼在125℃条件下干燥除去正丁醇并经高速分散机分散制备得到活性纳米高岭土即产品3。

实施例2中得到的纳米高岭土扫描电子显微镜SEM图见附图1，从图中可知，颗粒边缘尺寸最小达到20-50nm，分散良好；所述产品1、产品2、产品3的高岭土比表面积和特征粒径d ₉₀测试结果见表1；

表1 不同高岭土产品的比表面积和特征粒径

样品	比表面积/ m²/g	特征粒径d ₉₀/ nm
			高岭土原料	18.46	1500
产品 1	121.86	400
			产品2	130.54	280
产品3	127.42	300

从表中可以看出，本方法制备得到的活性纳米高岭土相对高岭土原料，颗粒粒径大幅减小，高岭土粉体比表面积增大近5～6倍，所以用这种方法能制备出高比表面积和纳米粒径的活性高岭土。

Claims

1.一种活性纳米高岭土的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将高岭土原料加入溶有尿素的水溶液中，并添加分散剂，搅拌均匀后在温度为60℃～90℃的条件下反应3h～12h，然后物理研磨1-2小时后得到纳米高岭土；

（2）将（1）中的纳米高岭土与水配成固含量为10 %的浆液，并向浆液中加入硫酸后在温度为95℃反应4h；

（3）将（2）中反应后的浆液水洗至pH=4.0；

2.根据权利要求1所述的一种活性纳米高岭土的制备方法，其特征在于所述步骤（4）中采用溶剂置换法干燥后，将干燥产品在大于120℃的条件下除去正丁醇。

3.根据权利要求1所述的一种活性纳米高岭土的制备方法，其特征在于所述步骤（2）中的硫酸为浓硫酸，硫酸加入量与高岭土原料的质量比为1：2～20。

4.根据权利要求1所述的一种活性纳米高岭土的制备方法，其特征在于所述高岭土原料、尿素、水的质量比为1：（0.2～0.5）：1。

5.根据权利要求1所述的一种活性纳米高岭土的制备方法，其特征在于所述物理研磨采用高能量密度陶瓷珠磨机。

6.根据权利要求1所述的一种活性纳米高岭土的制备方法，其特征在于所述分散剂的加入量为高岭土质量的1.5%。

7.根据权利要求1或6所述的一种活性纳米高岭土的制备方法，其特征在于所述分散剂采用有机分散剂或六偏磷酸钠。