CN103864084A

CN103864084A - 超细硅烷表面接枝高岭石粉体的制备方法

Info

Publication number: CN103864084A
Application number: CN201410083289.8A
Authority: CN
Inventors: 张乾; 陆银平; 张玉德; 赵继芬; 王岩; 张白梅; 马爱玲
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Wuxi Feile high performance materials Co., Ltd
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2034-03-07
Also published as: CN103864084B

Abstract

本发明公开了一种超细硅烷表面接枝高岭石粉体的制备方法，首先采用醋酸钾和/或尿素对高岭石进行预先插层；然后采用超声处理，使插层后的高岭石片层发生剥离，使高岭石层间的活性基团得以暴露；然后在微波辅助作用下，采用表面改性剂对剥离新形成的高岭石片进行表面接枝改性。本发明所制备的高岭石粉体材料，粒度细，表面化学接枝有机改性剂，稳定性好，具有较好的疏水性和分散性。

Description

超细硅烷表面接枝高岭石粉体的制备方法

技术领域

本发明属于化工领域，特别涉及一种超细硅烷表面接枝高岭石粉体的制备方法。

背景技术

高岭土是我国的优势矿产资源，储量多、分布广。高岭土的主要组成矿物高岭石具有规则的六方片层堆垛结构，两底面分别由硅阳四面体和铝氧八面体组成，具有表面异性的特点，其在聚合物功能性填料、药物载体、化学催化、生物电极等方面具有诱人的应用前景。功能性高岭土的制备研究受到国内外广泛的关注。超细化和表面修饰是制备功能性高岭土的关键。高岭土的超细化处理有机械研磨法和化学插层剥片法，机械研磨主要利用球磨机和介质搅拌式研磨机，在强力的机械冲击和剪切作用下使高岭石发生剥离或断裂，但高岭石片状结构破坏严重。化学插层主要是通过极性小分子插层剂插入高岭石层间，经反复溶剂洗涤、机械研磨，破坏高岭石层间作用，制备超细高岭石。表面修饰主要是采用各种功能性化学药剂硅烷偶联剂、有机酸等，对高岭石颗粒表面进行化学改性，改善高岭石颗粒的表面性质。常规的水浴或油浴等加热方法进行改性时，能耗高，只有热效应，改性效果较差。并且，高岭石是由大量片层结构单元堆垛形成的高岭石组成，只有端面端面产生的硅氧悬空键具有化学活性，但相对于整个堆垛体而言，端面只占整个颗粒表面的10%左右，表面活性低，改性较为困难。等离子体、酸碱刻蚀、表面包覆等技术方法对被用来对高岭石等粘土矿物进行预先处理，提高其表面活性，但这些方法不能降低高岭石的粒径大小。高岭石堆垛体单元片层之间通过氢键连接，层间具有丰富的Al-OH基团，是进行有机分子接枝反应的活性点。

现有技术中对有机改性高岭石的制备，主要是采用机械粉碎以及常规的加热改性，然而机械粉碎对高岭石片状结构的破坏，高岭石表面活性差，难以化学改性，以及常规加热改性耗能高，改性效果差的缺点。

基于以上技术背景，本发明专利将有机小分子预先插层、超声剥片和微波强化表面改性相结合，制备超细片状有机高岭石。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超细硅烷表面接枝高岭石粉体的制备方法。为了实现本发明的目的，拟采用如下技术方案

本发明一方面涉及一种超细硅烷表面接枝高岭石粉体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：首先采用醋酸钾和/或尿素对高岭石进行预先插层；然后采用超声处理，使插层后的高岭石片层发生剥离，使高岭石层间的活性基团得以暴露；然后在微波辅助作用下，采用表面改性剂对剥离新形成的高岭石片进行表面接枝改性。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的超细有机高岭石粉体粒径d₇₅≤1微米以及d₉₀≤2微米。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的预先插层步骤为以提纯后的高岭石为原料与水混合搅拌，制备质量浓度15%-40%的浆液，加入浆液中水重量10%-30%的小分子插层剂醋酸钾或尿素等，在一定温度下25-65度反应2-48小时，制备高岭石小分子插层复合体。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的超声处理是将插层处理后的高岭石浆液，进行超声剥片处理，超声功率200w到800w之间，超声时间30分钟到120分钟。

在本发明的另一个优选实施方式中，所述的微波辅助化学改性步骤是经超声剥片后，进行过滤，然后用乙醇作为分散介质，配制固含量30-60wt%的浆液，加入浆液中高岭石重量0.5-4%的硅烷偶联剂表面改性剂，室温下将其搅拌均匀，继续搅拌，进行微波加热，加热10-30分钟。

在本发明的另一个优选实施方式中，所述的方法还包括干燥打散的步骤，其特征在于将微波辅助化学改性处理后的改性料，进一步微波处理，使其干燥，然后在搅拌机或磨机中进行打散，时间为3-15分钟；最后制得粒径d₇₅≤1微米，d₉₀≤2微米，表面化学接枝有机改性剂的高岭石粉体。

本发明所制备的高岭石粉体材料，粒度细，表面化学接枝有机改性剂，稳定性好，经乙醇、甲苯等溶剂多次洗涤，表面活性剂不脱落。此外本产品还具有较好的疏水性和分散性，其接触角达到120°以上，在液体石蜡中均匀分散，并且悬浮性好，经24小时，仅有10%左右沉降。本发明所制备的高岭石粉体材料，可作为橡胶、塑料的补强剂。其应用方法简单，在塑料、橡胶等材料加工时，将10-40%的高岭石粉体加入，经熔融共混将二者混合均匀即可，不改变塑料或橡胶加工时，原有的生产工艺和设备。

附图说明

图1：高岭石粉体扫描电镜照片；其中a-改性前高岭石；b-改性后高岭石。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的内容不限于此。

A1、有机小分子插层，以提纯后的高岭石为原料与水混合搅拌，制备质量浓度15%-40%的浆液，加入浆液中水重量10%-30%的小分子插层剂醋酸钾或尿素等，在一定温度下25-65度反应2-48小时，制备高岭石小分子插层复合体；A2、超声剥片，将经A1处理后的高岭石浆液，进行超声剥片处理，超声功率200w到800w之间，超声时间30分钟到120分钟；A3、微波辅助化学改性，经超声剥片后，进行过滤，然后用乙醇作为分散介质，配制固含量30-60wt%的浆液,加入浆液中高岭石重量0.5-4%的硅烷偶联剂表面改性剂，室温下将其搅拌均匀，继续搅拌，进行微波加热，10-30分钟；

A4、干燥打散，将A3处理后的改性料，进一步微波处理，使其干燥，然后在高速搅拌机或磨机中进行打散，时间为3-15分钟；最后制得粒径d₇₅≤1微米，d₉₀≤2微米，表面化学接枝有机改性剂的高岭石粉体。电镜照片表明，原高岭石粉体粒径大，且颗粒间团聚严重（附图a），经本方法处理得到的产品，高岭石粒径小，颗粒呈单个分散，团聚现象几乎消失（附图b）。

上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超细硅烷表面接枝高岭石粉体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：首先采用醋酸钾和/或尿素对高岭石进行预先插层；然后采用超声处理，使插层后的高岭石片层发生剥离，使高岭石层间的活性基团得以暴露；然后在微波辅助作用下，采用表面改性剂对剥离新形成的高岭石片进行表面接枝改性。

2.根据权利要求1所述的制备方法，所述的超细有机高岭石粉体粒径d₇₅≤1微米以及d₉₀≤2微米。

3.根据权利要求1所述的制备方法，所述的预先插层步骤为以提纯后的高岭石为原料与水混合搅拌，制备质量浓度15%-40%的浆液，加入浆液中水重量10%-30%的小分子插层剂醋酸钾或尿素等，在一定温度下25-65度反应2-48小时，制备高岭石小分子插层复合体。

4.根据权利要求2所述的制备方法，所述的超声处理是将插层处理后的高岭石浆液，进行超声剥片处理，超声功率200w到800w之间，超声时间30分钟到120分钟。

5.根据权利要求3所述的制备方法，所述的微波辅助化学改性步骤是经超声剥片后，进行过滤，然后用乙醇作为分散介质，配制固含量30-60wt%的浆液，加入浆液中高岭石重量0.5-4%的硅烷偶联剂表面改性剂，室温下将其搅拌均匀，继续搅拌，进行微波加热，加热10-30分钟。

6.根据权利要求4所述的制备方法，所述的方法还包括干燥打散的步骤，其特征在于将微波辅助化学改性处理后的改性料，进一步微波处理，使其干燥，然后在搅拌机或磨机中进行打散，时间为3-15分钟；最后制得粒径d₇₅≤1微米，d₉₀≤2微米，表面化学接枝有机改性剂的高岭石粉体。