CN105036149B - 钠基膨润土添加剂及其制备方法 - Google Patents

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本发明公开了一种钠基膨润土添加剂及其制备方法，包括：微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺；其中，所述钠盐选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氢氧化钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；所述增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁。该钠基膨润土添加剂能够将钙基膨润土充分钠化，且制备该钠基膨润土添加剂的方法简单、原料易得。

Description

钠基膨润土添加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及膨润土添加剂，具体地，涉及一种钠基膨润土添加剂及其制备方法。
背景技术
膨润土是一种黏土岩、亦称蒙脱石，具有很强的吸湿性(能吸附相当于自身体积8-20倍的水而膨胀至30倍)、在水介质中能分散呈胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性、触变性和润滑性，它和泥沙等的掺和物具有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力。因此，膨润土广泛应用于工业生产中，如钻井泥浆、铁矿球团和铸造三大行业；当然膨润土也可以能够应用于日常生活中，如膨润土猫砂、膨润土空气净化器和膨润土营养陶粒。
膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2：1型晶体结构，由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子，如Cu、Mg、Na、K等，但这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不牢固，易被其它阳离子交换。从膨润土的层间阳离子种类决定膨润土的类型，层间阳离子为Na+时称钠基膨润土，层间阳离子为Ca+时称钙基膨润土，钠质蒙脱石(或钠膨润土)的性质比钙质的好，如更高的吸水率，更强的粘结性和更好的胶体性能等。
目前，主要采用人工钠化工艺将钙基膨润土改性为钠基膨润土。钠化剂可以是Na2CO3、NaF和Na2SO4等，但从经济上考虑，Na2CO3是最好的钠化剂。钠化过程中，膨润土与Na2CO3发生反应形成的CaCO3不溶于水，促进了反应向右进行，形成了钠基膨润土，但是，由于Ca2+电势较强，膨润土有优先吸附Ca2+能力，因此，上面的反应是可逆的，不可能达到100％的钠化，进而导致了钠化不均匀和钠化效果不充分的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种钠基膨润土添加剂制备方法，该钠基膨润土添加剂能够将钙基膨润土充分钠化，且制备该钠基膨润土添加剂的方法简单、原料易得。
为了实现上述目的，本发明提供了一种钠基膨润土添加剂，包括：微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺；
其中，钠盐选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氢氧化钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁。
本发明还提供了一种钠基膨润土添加剂的制备方法，包括：将微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺混合；
其中，钠盐选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氢氧化钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁。
通过上述技术方案，本发明提供的钠基膨润土添加剂中含有微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺，通过各组分之间的协同作用能够加大地提高钙基膨润土的钠化效果，制备出具有优异的吸蓝量、吸水率和胶质价的钠基膨润土。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种钠基膨润土添加剂，包括：微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺；
其中，钠盐选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氢氧化钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁。
在上述添加剂中，钠盐修饰的硅胶中钠盐的含量可以在宽的范围内选择，但是从钠化效果上考虑，优选地，钠盐修饰的硅胶中钠盐的含量为5-10重量％。
同时，对膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径也没有特殊的要求，但是为了使得膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶与钙基膨润土能够充分地接触进而提高钠化效果，优选地，膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径各自独立地不小于200目。
此外，在本发明中，聚丙烯酰胺的具体种类也可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高该添加剂的钠化效果，优选地，聚丙烯酰胺的重均分子量为400万-1000万。
另外，在上述添加剂中，各组分的具体用量也可以在宽的范围内选择，但是为了使得该添加剂能够具有更优异的钠化效果，优选地，相对于100重量份的钠盐修饰的硅胶，微晶纤维素的含量为5-14重量份，膨胀蛭石的含量为40-60重量份，硼酸铵的含量为3-8重量份，增粘剂的含量为1-5重量份，聚丙烯酰胺的含量为2-7重量份。
本发明还提供了一种钠基膨润土添加剂的制备方法，包括：将微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺混合；
其中，钠盐选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氢氧化钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁。
在上述方法中，膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径也可以在宽的范围内选择，但是为了使得膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径能够与钙基膨润土充分接触以提高制得的添加剂的钠化效果，优选地，膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径各自独立地不小于200目。
另外，在上述方法中，聚丙烯酰胺的具体种类也可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高该添加剂的钠化效果，优选地，聚丙烯酰胺的重均分子量为400万-1000万。
为了进一步提高制得的添加剂的钠化效果，优选地，相对于100重量份的钠盐修饰的硅胶，微晶纤维素的含量为5-14重量份，膨胀蛭石的含量为40-60重量份，硼酸铵的含量为3-8重量份，增粘剂的含量为1-5重量份，聚丙烯酰胺的含量为2-7重量份。
在上述内容的基础上，钠盐修饰的硅胶的制备方法可以是本领域中任何一种常规的修饰方法，但是为了使得制得的钠盐修饰的硅胶能够在添加剂中更好地与其他组分发挥协同作用，优选地，该制备方法包括将硅胶浸泡于碱盐的溶液中，然后过滤制得钠盐修饰的硅胶。
在上述钠盐修饰的硅胶的制备方法中，对碱盐的溶液的具体浓度没有特别的限制，但是为了使得硅胶中能够吸附更多的钠盐，优选地，碱盐的溶液中含有25-30重量％的碱盐。
当然，在上述钠盐修饰的硅胶的制备方法中，浸泡的具体条件也可以在宽的范围内变化，但是为了进一步提高钠盐的修饰效果，优选地，浸泡至少满足以下条件：浸泡温度为50-70℃，浸泡时间为3-4h。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，吸蓝量、水分和吸水率参数通过国标GB/T 20793-2007记载的方法测得。
实施例1
1)在60℃下，将硅胶浸泡于碳酸钠水溶液(含有25-30重量％的碳酸钠)中3.5h，然后过滤制得钠盐修饰的硅胶(经称重法测得钠盐修饰的硅胶中含有8重量％的碳酸钠)；
2)将微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶(粒径为300目)、膨胀蛭石(粒径为300目)、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺(重均分子量为700万)混合制得钠基膨润土添加剂A1；其中，钠盐修饰的硅胶、微晶纤维素、膨胀蛭石、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺的重量比为100：8：50：6：4：5。
实施例2
1)在50℃下，将硅胶浸泡于碳酸钠水溶液(含有25重量％的碳酸钠)中3h，然后过滤制得钠盐修饰的硅胶(经称重法测得钠盐修饰的硅胶中含有5重量％的碳酸钠)；
2)将微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶(粒径为300目)、膨胀蛭石(粒径为300目)、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺(重均分子量为400万)混合制得钠基膨润土添加剂A2；其中，钠盐修饰的硅胶、微晶纤维素、膨胀蛭石、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺的重量比为100：5：40：3：1：2。
实施例3
1)在70℃下，将硅胶浸泡于碳酸钠水溶液(含有30重量％的碳酸钠)中4h，然后过滤制得钠盐修饰的硅胶(经称重法测得钠盐修饰的硅胶中含有10重量％的碳酸钠)；
2)将微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶(粒径为300目)、膨胀蛭石(粒径为300目)、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺(重均分子量为1000万)混合制得钠基膨润土添加剂A3；其中，钠盐修饰的硅胶、微晶纤维素、膨胀蛭石、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺的重量比为100：14：60：8：5：7。
实施例4
按照实施例1的方法进行制得钠基膨润土添加剂A4，不同的是，将步骤2)中的碳酸钠换为硅酸钠。
对比例1
按照实施例1的方法进行制得钠基膨润土添加剂B1，不同的是，步骤2)中未使用微晶纤维素。
对比例2
按照实施例1的方法进行制得钠基膨润土添加剂B2，不同的是，步骤2)中未使用膨胀蛭石。
对比例3
按照实施例1的方法进行制得钠基膨润土添加剂B3，不同的是，步骤2)中未使用硼酸铵。
对比例4
按照实施例1的方法进行制得钠基膨润土添加剂B4，不同的是，步骤2)中未使用氧化镁。
对比例5
按照实施例1的方法进行制得钠基膨润土添加剂B5，不同的是，步骤2)中未使用聚丙烯酰胺。
对比例6
将微晶纤维素、碳酸钠、硅胶(粒径为300目)、膨胀蛭石(粒径为300目)、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺(重均分子量为1000万)混合制得钠基膨润土添加剂B6；其中，硅胶、碳酸钠、微晶纤维素、膨胀蛭石、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺的重量比为100：5：14：60：8：5：7。
应用例1
1)在25℃下，将钙基膨润土与碳酸钠混合并钠基24h制得一级钠基膨润土；其中，钙基膨润土与碳酸钠的重量比为100：3。
2)在25℃下，将一级钠基膨润土铺平，然后再喷洒钠基膨润土添加剂A1进行孕育5天制得二级钠基膨润土；其中一级钠基膨润土与钠基膨润土添加剂的重量比为100：15。
按照上述同样的方法，使用钠基膨润土添加剂A2-A4以及B1-B6制得二级钠基膨润土。
检测例1
按照国标GB/T 20793-2007记载的方法测得上述二级钠基膨润土的吸蓝量、水分和吸水率，具体结果见表1。
检测例2
将15.00g上述钙基膨润土、一级钠基膨润土或二级钠基膨润土置于已盛有50mL蒸馏水的100mL带塞量筒中，再加蒸馏水至90mL左右并塞紧塞子摇晃5min，使试样充分散开与水混匀。打开塞子，加入1.00g氧化镁，加蒸馏水至刻度，再塞上塞子并摇晃3min。将量筒放置于不受振动的桌面上，静置24h，读出凝胶体界面的刻度值，即为胶质价，以mL/15g表示。
表1
上表中，二级钠基膨润土(X，X为A1-A4和B1-B6)指的是通过X作为添加剂制得的二级钠基膨润土。膨润土中含钠量越高，其吸蓝量、胶质价和吸水率均越高，由上表可知，本发明提供的钠基膨润土添加剂能够将钙基膨润土充分钠化。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种钠基膨润土添加剂，其特征在于，包括：微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺；
其中，所述钠盐选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；所述增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁；相对于100重量份的所述钠盐修饰的硅胶，所述微晶纤维素的含量为5-14重量份，所述膨胀蛭石的含量为40-60重量份，所述硼酸铵的含量为3-8重量份，所述增粘剂的含量为1-5重量份，所述聚丙烯酰胺的含量为2-7重量份。
2.根据权利要求1所述的钠基膨润土添加剂，其中，所述钠盐修饰的硅胶中钠盐的含量为5-10重量％。
3.根据权利要求1或2所述的钠基膨润土添加剂，其中，所述膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径各自独立地不小于200目。
4.根据权利要求1或2所述的钠基膨润土添加剂，其中，所述聚丙烯酰胺的重均分子量为400万-1000万。
5.一种钠基膨润土添加剂的制备方法，其特征在于，包括：将微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺混合；
其中，所述钠盐选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；所述增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁；相对于100重量份的所述钠盐修饰的硅胶，所述微晶纤维素的含量为5-14重量份，所述膨胀蛭石的含量为40-60重量份，所述硼酸铵的含量为3-8重量份，所述增粘剂的含量为1-5重量份，所述聚丙烯酰胺的含量为2-7重量份。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径各自独立地不小于200目。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述聚丙烯酰胺的重均分子量为400万-1000万。
8.根据权利要求5-7中任意一项中所述的制备方法，其中，所述制备方法包括将硅胶浸泡于所述钠盐的溶液中，然后过滤制得所述钠盐修饰的硅胶。
9.根据权利要求8中所述的制备方法，其中，所述钠盐的溶液中含有25-30重量％的所述钠盐。
10.根据权利要求8中所述的制备方法，其中，所述浸泡至少满足以下条件：浸泡温度为50-70℃，浸泡时间为3-4h。
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