CN107555445A - 一种硅酸镁铝无机凝胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅酸镁铝无机凝胶及其制备方法。本发明的硅酸镁铝无机凝胶由硅酸镁铝与功能助剂复配得到的；所述功能助剂为海泡石和/或凹凸棒石。本发明利用功能助剂海泡石、凹凸棒石矿物的特殊结构与膨润土的片状结构相互搭接柱撑，在水性分散体系中形成高度分散稳定的网络结构；采用真空冷冻干燥，通过升华脱除水分子，保持了硅酸镁铝无机凝胶的物理结构和分子结构；干燥后的产物具有优异的复水性，在水化时可以短时间内恢复干燥之前的状态。本发明的硅酸镁铝无机凝胶的制备方法，缩短了硅酸镁铝无机凝胶在水性分散体系中的分散时间，提高了硅酸镁铝无机凝胶的水分散粘度。

Description

一种硅酸镁铝无机凝胶及其制备方法

技术领域

本发明属于无机凝胶的制备技术领域，涉及一种硅酸镁铝无机凝胶及其制备方法。

背景技术

硅酸镁铝无机凝胶广泛应用于农药、医药、涂料、化工等领域，主要起稳定、分散、悬浮、增稠等作用；是由天然膨润土加工而成的一维纳米材料，可分散于水中，形成触变性凝胶。

目前，天然膨润土加工无机凝胶的制备技术主要是湿法制浆、钠化改型、分离提纯、干燥粉碎即得到制品。

CN1363515A公开了一种天然硅酸镁铝凝胶的制备方法，以皂土、蒙皂石、凹凸棒土或膨润土为原料，按下列步骤进行：1、对原料进行粉碎；2、将矿粉加水制成矿浆，并加入降粘剂充分搅拌、均匀分散；3、采用动态离心分离提纯方法进行分离提纯；4、加入含有一价金属离子的无机盐，并进行充分搅拌，对胶凝性能进行预激活处理；5、加入至少含有Na+的无机盐，充分搅拌进行改性；6、对改性后的矿浆进行后处理，从而获得最终产品。

硅酸镁铝无机凝胶的增稠性、悬浮性、触变性形成是由于无机凝胶粉体中包含大量有规则的片状结构聚集体，在水溶液中片状结构层间吸附的阳离子电荷被静电引力拖至晶片表面，水渗透至片层间溶胀使片状结构解聚，最终互相搭接形成“卡房式”结构。

目前，许多天然膨润土在加工硅酸镁铝无机凝胶过程中，存在粘度提升难，或干燥后再水化粘度下降的现象，制约了硅酸镁铝无机凝胶的应用；另外，硅酸镁铝无机凝胶的亲水性强，使其在水性分散体系中会出现粉体抱团的现象，导致水体系中分散时间长，对应用厂家的生产效率和生产成本造成影响。

CN1562745A公开了一种高纯度的硅酸镁铝无机凝胶的制备方法，以镁锂皂石、膨润土、皂土、凹凸棒石为原料，按下列步骤制备：1.矿物原料粉碎；2.矿粉加水加降粘剂搅拌制浆；3.离心分离提纯；4.强磁选机除铁；5.加入A型改性剂改性；6.加入B型改性剂改性；7.离心机浓缩；8.用醇类制剂对矿浆进行滤式洗涤；9.对洗涤后的矿浆进行干燥等处理后获得制品。该发明通过强磁选机除铁和醇类制剂洗涤的步骤使制品的白度和纯度得到提高，但是其水体系中分散时间及水分散粘度未得到改善。

CN105600798A公开了一种具有良好分散性能的硅酸镁铝无机凝胶及其制备方法，所述硅酸镁铝无机凝胶主要由硅酸镁铝和有机改性剂制备得到；所述方法为：(1)制备硅酸镁铝矿浆；(2)向制备的硅酸镁铝矿浆中加入有机改性剂，搅拌混合，然后进行陈化反应；(3)陈化反应后的料浆经干燥，制得有机改性硅酸镁铝无机凝胶。该发明通过添加适量的有机改性剂对硅酸镁铝无机凝胶进行表面改性，来实现改善硅酸镁铝无机凝胶在水性体系中分散速度的目的，但是其水分散粘度有待提高。

因此，需要开发一种能在水性分散体系中快速分散、水分散粘度大的硅酸镁铝无机凝胶材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于之一提供一种硅酸镁铝无机凝胶，其在水性分散体系中的分散时间短，水分散粘度大。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种硅酸镁铝无机凝胶，所述硅酸镁铝无机凝胶由硅酸镁铝与功能助剂复配得到的；所述功能助剂为海泡石和/或凹凸棒石。

本发明的硅酸镁铝无机凝胶复配有功能助剂，通过高压均化将多元组分有序组合，利用海泡石、凹凸棒石矿物的特殊结构与膨润土的片状结构相互搭接柱撑，在水性分散体系中形成高度分散稳定的网络结构；与常规的硅酸镁铝无机凝胶相比，其静止24h后5％水分散粘度提高260～500mPa·s。

所述功能助剂的质量为硅酸镁铝的1～5％，例如功能助剂的质量为硅酸镁铝无机凝胶中硅酸镁铝的1％、2％、3％、4％、5％；如果功能助剂的用量太少低于1％，对硅酸镁铝无机凝胶的水分散粘度改善不够，若功能助剂的用量高于5％，水分散粘度提高变化不大，因此所述功能助剂的质量为硅酸镁铝的1～5％。

优选地，所述功能助剂的纯度为96％以上。

本发明的目的之二在于提供一种硅酸镁铝无机凝胶的制备方法，缩短了硅酸镁铝无机凝胶在水性分散体系中的分散时间，提高了硅酸镁铝无机凝胶的水分散粘度。

本发明的硅酸镁铝无机凝胶的制备方法，包括如下步骤：

1)制备硅酸镁铝矿浆；

2)在制备的硅酸镁铝矿浆中加入改型剂搅拌改型；

3)将改型的硅酸镁铝矿浆分离提纯，得到含有硅酸镁铝的悬浊液；

4)在得到的悬浊液中加入功能助剂复配，高压均质复合为多元体系；

5)将得到的多元体系干燥，得到硅酸镁铝无机凝胶。

步骤1)中，所述硅酸镁铝矿浆是将天然膨润土粉碎后，加水混合得到的。

步骤1)中，所述天然膨润土粉碎后的粒径为4～8mm，例如天然膨润土粉碎后的粒径为4mm、5mm、6mm、7mm、8mm。

步骤1)中，所述硅酸镁铝矿浆的质量浓度为8～10％，例如硅酸镁铝矿浆的质量浓度为8％、9％、10％。

步骤2)中，所述改型剂为钠盐，所述改型剂的质量为所述硅酸镁铝矿浆中硅酸镁铝的1～5％，例如所述改型剂的质量为所述硅酸镁铝的1％、2％、3％、4％、5％。

步骤2)中，所述钠盐选自碳酸钠、氟化钠、磷酸钠、草酸钠、柠檬酸钠和乙二胺四乙酸钠中的一种或至少两种的混合物。所述混合物典型但非限制的实例为两种钠盐的混合物，例如所述混合物为碳酸钠、氟化钠的混合物，碳酸钠、磷酸钠的混合物，碳酸钠、草酸钠的混合物，碳酸钠、柠檬酸钠的混合物，碳酸钠、乙二胺四乙酸钠的混合物；所述混合物也可以为三种钠盐的混合物，例如所述混合物为碳酸钠、氟化钠、磷酸钠的混合物，碳酸钠、氟化钠、草酸钠的混合物，碳酸钠、氟化钠、柠檬酸钠的混合物，碳酸钠、氟化钠、乙二胺四乙酸钠的混合物，碳酸钠、磷酸钠、草酸钠的混合物，碳酸钠、磷酸钠、柠檬酸钠的混合物，碳酸钠、磷酸钠、乙二胺四乙酸钠的混合物，碳酸钠、草酸钠、柠檬酸钠的混合物，碳酸钠、草酸钠、乙二胺四乙酸钠的混合物，氟化钠、磷酸钠、草酸钠的混合物，氟化钠、磷酸钠、柠檬酸钠的混合物，氟化钠、磷酸钠、乙二胺四乙酸钠的混合物，氟化钠、草酸钠、柠檬酸钠的混合物，氟化钠、草酸钠、乙二胺四乙酸钠的混合物，磷酸钠、草酸钠、柠檬酸钠的混合物，磷酸钠、草酸钠、乙二胺四乙酸钠的混合物，草酸钠、柠檬酸钠和乙二胺四乙酸钠的混合物；所述混合物还可以为四种钠盐的混合物，例如所述混合物为碳酸钠、氟化钠、磷酸钠、草酸钠的混合物，碳酸钠、氟化钠、磷酸钠、柠檬酸钠的混合物，碳酸钠、氟化钠、磷酸钠、乙二胺四乙酸钠的混合物，碳酸钠、磷酸钠、草酸钠、柠檬酸钠的混合物，碳酸钠、磷酸钠、草酸钠、乙二胺四乙酸钠的混合物，碳酸钠、草酸钠、柠檬酸钠和乙二胺四乙酸钠的混合物，氟化钠、磷酸钠、草酸钠、柠檬酸钠的混合物，氟化钠、磷酸钠、草酸钠、乙二胺四乙酸钠的混合物，磷酸钠、草酸钠、柠檬酸钠和乙二胺四乙酸钠的混合物，所述混合物还可以为五种钠盐的混合物，例如所述混合物为碳酸钠、氟化钠、磷酸钠、草酸钠、柠檬酸钠的混合物，碳酸钠、氟化钠、磷酸钠、草酸钠、乙二胺四乙酸钠的混合物，氟化钠、磷酸钠、草酸钠、柠檬酸钠和乙二胺四乙酸钠的混合物；所述混合物还可以为六种钠盐的混合物，例如所述混合物为碳酸钠、氟化钠、磷酸钠、草酸钠、柠檬酸钠和乙二胺四乙酸钠的混合物。

步骤3)中，所述分离提纯是采用水力分级和离心沉降的方法分离提纯改型的硅酸镁铝矿浆。

步骤3)中，所述分离提纯的分离因数为400～1100，例如分离提纯的分离因数为400、454、500、512、574、600、640、700、709、782、800、858、900、938、1000、1021、1100；所述分离提纯的分离时间为4～8min，例如分离提纯的分离时间为4min、5min、6min、7min、8min。

步骤4)中，所述功能助剂为海泡石和/或凹凸棒石；所述功能助剂的质量为硅酸镁铝的1～5％；优选地，所述功能助剂的纯度为96％以上。

步骤4)中，所述高压均质复合的压力为150～250MPa，例如高压均质复合的压力为150MPa、160MPa、170MPa、180MPa、190MPa、200MPa、210MPa、220MPa、230MPa、240MPa、250MPa。

步骤5)中，所述干燥为真空冷冻干燥，在真空冷冻状态下，通过水分子的升华将水分脱除，保持了硅酸镁铝无机凝胶的物理结构和分子结构。

优选地，所述真空冷冻干燥的温度为-40℃～-30℃，例如真空冷冻干燥的温度为-40℃、-39℃、-38℃、-37℃、-36℃、-35℃、-34℃、-33℃、-32℃、-31℃、-30℃。

作为本发明的优选方案，硅酸镁铝无机凝胶的制备方法，包括如下步骤：

1)将天然膨润土粉碎至4～8mm，加水混合制备质量浓度为8～10％的硅酸镁铝矿浆；

2)在制备的硅酸镁铝矿浆中加入改型剂搅拌改型，所述改型剂为钠盐，所述改型剂的质量为所述硅酸镁铝的1～5％；

3)将改型的硅酸镁铝矿浆采用水力分级和离心沉降的方法分离提纯，所述分离提纯的分离因数为400～1100，所述分离提纯的分离时间为4～8min，得到含有硅酸镁铝的悬浊液；

4)在得到的悬浊液中加入海泡石和/或凹凸棒石复配，所述功能助剂的质量为所述硅酸镁铝悬浊液中硅酸镁铝的1～5％，150～250MPa的高压下均质复合为多元体系；

5)将得到的多元体系在-40℃～-30℃的温度下真空冷冻干燥，得到硅酸镁铝无机凝胶。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的硅酸镁铝无机凝胶的制备方法，通过复配功能助剂，经高压均化将多元组分有序组合，利用海泡石、凹凸棒石等矿物的特殊结构与膨润土的片状结构相互搭接柱撑，在水体系中形成高度分散稳定的网络结构；与常规的硅酸镁铝无机凝胶相比，其静止24h后5％水分散粘度提高260～500mPa·s。

(2)本发明采用真空冷冻干燥，通过升华脱除水分子，保持了硅酸镁铝无机凝胶的物理结构和分子结构；干燥后的产物具有优异的复水性，在水化时可以短时间内恢复干燥之前的状态；可将硅酸镁铝无机凝胶1％水分散时间从6～8min降低到2～3min，极大地减少了水化分散时间。

(3)本发明的硅酸镁铝无机凝胶的制备方法，其加工步骤简单，容易实施；相比现有的硅酸镁铝无机凝胶，效果显著，具有很强的实用性和广泛的适用性。附图说明

图1为本发明的硅酸镁铝无机凝胶的制备方法的工艺流程图；

图2为现有技术中常规硅酸镁铝无机凝胶的结构示意图；

图3为本发明的硅酸镁铝无机凝胶的制备方法制得的硅酸镁铝无机凝胶的三元结构示意图。

附图标记如下：

1-海泡石；2-凹凸棒石。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。

如图1所示，本发明的硅酸镁铝无机凝胶的制备方法包括原料制浆、改型、纯化、加功能助剂高压均质复合、冷冻干燥制得成品。现有技术中常规硅酸镁铝无机凝胶的“卡房式”结构如图2所示，本发明的硅酸镁铝无机凝胶复配有功能助剂，通过高压均化将多元组分有序组合，利用海泡石1、凹凸棒石2矿物的特殊结构与膨润土的片状结构相互搭接柱撑，在水性分散体系中形成高度分散稳定的网络结构，如图3所示。

实施例1

1)将天然钙基膨润土粉碎至粒度为4mm；取100g原料加水配置成8％的矿浆；

2)按质量百分比加入2％的碳酸钠，搅拌反应40min；

3)设定动态重力式离心机分离因数为858，将矿浆离心分离6min；

4)在分离得到的悬浮液中加入3％的凹凸棒石，设定均质压力为150MPa，进行均化复合；

5)在-40℃下冷冻干燥到固含量为95％，制得成品。

实施例2

1)将天然钙基膨润土粉碎至粒度为5mm；取100g原料，加水配置成10％的矿浆；

2)按质量百分比加入3％的碳酸钠，搅拌反应40min；

3)加水将矿浆浓度调整为8％，设定分离因数为400，将矿浆离心分离4min；

4)在分离得到的悬浮液中加入1％海泡石和2％凹凸棒石，设定压力200MPa进行均化复合；

5)将矿浆-38℃下冷冻干燥到固含量为97％，即得到制品。

实施例3

1)将天然钙基膨润土粉碎至粒度为6mm；取100g原料加水配置成10％的矿浆；

2)按质量百分比加入4％的碳酸钠、柠檬酸钠的混合物，搅拌反应40min；

3)加水将矿浆浓度调整为8％，设定动态重力式离心机分离因数为574，将矿浆离心分离7min；

4)在分离得到的悬浮液中加入4％的凹凸棒石，设定均质压力为210MPa，进行均化复合；

5)在-39℃下冷冻干燥到固含量为97％，制得成品。

实施例4

1)将天然钙基膨润土粉碎至粒度为8mm；取100g原料加水配置成8％的矿浆；

2)按质量百分比加入5％的碳酸钠、氟化钠、磷酸钠、草酸钠、柠檬酸钠的混合物，搅拌反应40min；

3)设定动态重力式离心机分离因数为1021，将矿浆离心分离8min；

4)在分离得到的悬浮液中加入2％海泡石和3％凹凸棒石，设定均质压力为230MPa，进行均化复合；

5)在-30℃下冷冻干燥到固含量为98％，制得成品。

对比例1

相同原料按现有常规技术制备的硅酸镁铝无机凝胶。

对比例2

经过改性的硅酸镁铝无机凝胶产品。

经检测表明：本发明处理后的硅酸镁铝无机凝胶1％水分散时间≤3min，静止24h后5％水分散粘度≥760mPa·s。

本发明的实施例1-4与对比例1-2的分散时间、粘度指标评价结果如表1所示。

表1

由上表可见，本发明的硅酸镁铝无机凝胶，其静止24h后5％水分散粘度提高260～500mPa·s；1％水分散时间从6～8min降低到2～3min。

以上实施例仅用来说明本发明的详细方法，本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种硅酸镁铝无机凝胶，其特征在于，所述硅酸镁铝无机凝胶由硅酸镁铝与功能助剂复配得到的；

所述功能助剂为海泡石和/或凹凸棒石。

2.根据权利要求1所述的硅酸镁铝无机凝胶，其特征在于，所述功能助剂的质量为所述硅酸镁铝的1～5％；

优选地，所述功能助剂的纯度为96％以上。

3.根据权利要求1或2所述的硅酸镁铝无机凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)制备硅酸镁铝矿浆；

2)在制备的硅酸镁铝矿浆中加入改型剂搅拌改型；

3)将改型的硅酸镁铝矿浆分离提纯，得到含有硅酸镁铝的悬浊液；

4)在得到的悬浊液中加入功能助剂复配，高压均质复合为多元体系；

5)将得到的多元体系干燥，得到硅酸镁铝无机凝胶。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述硅酸镁铝矿浆是将天然膨润土粉碎后，加水混合得到的；

优选地，所述天然膨润土粉碎后的粒径为4～8mm；

优选地，所述硅酸镁铝矿浆的质量浓度为8～10％。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述改型剂为钠盐，所述改型剂的质量为所述硅酸镁铝矿浆中硅酸镁铝的1～5％；

优选地，所述钠盐选自碳酸钠、氟化钠、磷酸钠、草酸钠、柠檬酸钠和乙二胺四乙酸钠中的一种或至少两种的混合物。

6.根据权利要求3-5之一所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述分离提纯是采用水力分级和离心沉降的方法分离提纯改型的硅酸镁铝矿浆；

优选地，所述分离提纯的分离因数为400～1100，所述分离提纯的分离时间为4～8min。

7.根据权利要求3-6之一所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述功能助剂为海泡石和/或凹凸棒石；

所述功能助剂的质量为所述硅酸镁铝悬浊液中硅酸镁铝的1～5％；

优选地，所述功能助剂的纯度为96％以上。

8.根据权利要求3-7之一所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述高压均质复合的压力为150～250MPa。

9.根据权利要求3-8之一所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述干燥为真空冷冻干燥；

优选地，所述真空冷冻干燥的温度为-40℃～-30℃。

10.根据权利要求3-9之一所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将天然膨润土粉碎至4～8mm，加水混合制备质量浓度为8～10％的硅酸镁铝矿浆；

2)在制备的硅酸镁铝矿浆中加入改型剂搅拌改型，所述改型剂为钠盐，所述改型剂的质量为所述硅酸镁铝的1～5％；

3)将改型的硅酸镁铝矿浆采用水力分级和离心沉降的方法分离提纯，所述分离提纯的分离因数为400～1100，所述分离提纯的分离时间为4～8min，得到含有硅酸镁铝的悬浊液；

4)在得到的悬浊液中加入海泡石和/或凹凸棒石复配，所述功能助剂的质量为所述硅酸镁铝悬浊液中硅酸镁铝的1～5％，150～250MPa的高压下均质复合为多元体系；

5)将得到的多元体系在-40℃～-30℃的温度下真空冷冻干燥，得到硅酸镁铝无机凝胶。