CN109467097A

CN109467097A - 硅酸镁锂的制备方法

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Publication number: CN109467097A
Application number: CN201811647976.2A
Authority: CN
Inventors: 陈琮; 吴海峰; 吴文昌; 陈琼; 李娟�; 陈剑; 沈旺辉; 李涛
Original assignee: Guangzhou Bofeng Chemical Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Bofeng Chemical Technology Co Ltd
Priority date: 2018-12-29
Filing date: 2018-12-29
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2038-12-29
Also published as: CN109467097B

Abstract

本发明提供了一种硅酸镁锂的制备方法，包括以下步骤：(1)于反应釜中，将氯化锂溶于水，加热至沸腾，保持沸腾2～4min；加入硫酸镁溶液，保持沸腾18～22min；(2)将液态水玻璃匀速滴加至反应釜中；优选地，所述匀速滴加的速度为：0.4kg/min～0.6kg/min；(3)将碳酸钠溶液匀速滴加至反应釜中；(4)滴加完毕后，保持沸腾，反应17～20h，即得。本发明制得的硅酸镁锂形成稳定的晶型结构，具备稳定的化学结构和牢固的多分子空间结构，实现稳定的增稠，触变，悬浮，防沉等水性流变助剂的效果。

Description

硅酸镁锂的制备方法

技术领域

本发明涉及化学合成领域，具体涉及一种硅酸镁锂的制备方法。

背景技术

硅酸镁锂，CAS No.37220-90-9，分子式:Li₂Mg₂O₉Si₃，属于膨润土蒙脱石类，六方晶质结构，外观为白色粉末，无毒，无味，常用作增稠剂、悬浮剂、防沉剂、粘合剂、触变剂和分散剂使用。其水合凝胶具有卓越的流变性，已经在医药，化妆品，涂料，农药，玩具等广泛使用。

硅酸镁锂的合成方法主要为水热合成法，其将可溶性硅酸盐、镁锂氧化物按比例混合后，在高温高压条件下长时间反应后制得，但长时间的高温高压条件容易造成安全隐患，而且生产出来的硅酸镁锂还具有螯合度不均匀、质地太硬、批次质量之间不稳定的问题，有必要寻找一种常压反应、安全性高，能够适用于大范围、规模化生产的硅酸镁锂的制备方法。中国专利CN106745013A公开了一种硅酸镁锂化合物及其制备方法，其虽然采用常压反应，避免了长时间高温高压条件的安全隐患问题，但是其一方面由于制备方法中未采用高压条件，在常压条件和其他参数控制的配合上，以及另一方面在原料及其配比的选择上，均未实现最优化的条件，导致其生产出来的硅酸镁锂仍然存在螯合度不均匀、批次之间质量不稳定的问题。

因此，有必要寻求一种能够在常压条件下生产、安全性高，而且能够制备得到具有均匀稳定的晶体结构单元的硅酸镁锂。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种硅酸镁锂的制备方法，以便于实现能够在常压条件下生产，而且能够制备得到具有均匀稳定的晶体结构单元的硅酸镁锂。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种硅酸镁锂的制备方法，包括以下步骤：

(1)于反应釜中，将氯化锂溶于水，加热至沸腾，保持沸腾2～4min；加入硫酸镁溶液，保持沸腾18～22min；

(2)将液态水玻璃匀速滴加至反应釜中；所述匀速滴加的速度为：0.4kg/min～0.6kg/min；

(3)将碳酸钠溶液匀速滴加至反应釜中；

(4)滴加完毕后，保持沸腾，反应17～20h，即得；

其中，所述硅、锂与镁的摩尔比为(2～4):(0.9～1.1):1；

所述碳酸钠与所述氯化锂的摩尔比为(0.4～0.6):1。

本发明还提供了一种硅酸镁锂，具体技术方案如下：

一种硅酸镁锂，由如上所述的制备方法制备得到。

基于上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

本发明的发明人在研究中发现，原料的具体种类及其添加方式和顺序，合成得到的硅酸镁锂在性能上存在差异，采用合适的原料、配比及其添加方式和顺序，配合压强条件，对于硅酸镁锂形成稳定的晶型结构至关重要。本发明采用常压条件下的水热合成法，通过恰当的原料添加顺序，在反应釜中液体保持沸腾的情况下，以匀速滴加的形式滴加水玻璃、碳酸钠，并控制滴加水玻璃的滴加速率，从而使得硅酸镁锂中硅、镁、锂氧键能够以合适的、均匀的速率形成，硅酸镁锂形成稳定的晶型结构，具备稳定的化学结构和牢固的多分子空间结构，实现稳定的增稠，触变，悬浮，防沉等水性流变助剂的效果。

本发明制备方法制备得到的硅酸镁锂的粉末颗粒更加均匀、细腻，有利于其在配方中与其他组分配伍。其中，本发明制备得到的凝胶分散液的胶体结构中微粒分离成单独小片的程度高、结构坚固，粘度大、增稠效果明显，膨胀形成触变性凝胶的透明度高，在多彩涂料等领域具有很高的应用价值。

而且，本发明采用温和原料，生产过程无添加任何强酸强碱，减少污染排放，有利于环境保护。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照实施例对本发明进行更全面的描述，以下给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。实施例中使用到的各类原料，除非另有说明，均为市售产品。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明具体实施例中提供一种硅酸镁锂的制备方法，包括以下步骤：(1)于反应釜中，将氯化锂溶于水，加热至沸腾，保持沸腾2～4min；加入硫酸镁溶液，保持沸腾18～22min；优选地，所述氯化锂与硫酸镁中，锂与镁的摩尔比为(0.9～1.1):1；(2)将液态水玻璃匀速滴加至反应釜中；优选地，所述匀速滴加的速度为：0.4kg/min～0.6kg/min；(3)将碳酸钠溶液匀速滴加至反应釜中；(4)滴加完毕后，保持沸腾，反应17～20h，即得；

进一步优选地，所述硅、锂与镁的摩尔比为(2～4):(0.9～1.1):1；所述碳酸钠与所述氯化锂的摩尔比为(0.4～0.6):1。

其中，硅酸镁锂的晶体结构单元是厚度以纳米计的微小薄片，小片的表面布满了可交换的阳离子，其中主要为Na⁺。当硅酸镁锂颗粒与水混合时，水与Na⁺接触被吸附到薄片的表面，将凝胶沿薄片撑开，这时颗粒迅速膨胀直至薄片分离。由于薄片层面带负电荷，端面带正电荷，分离后的薄片端面被吸引到另一薄片的层面，从而迅速形成三维空间的胶体结构，即卡片宫结构，使体系的粘度增大，而具有高度的悬浮性、增稠性、触变性和良好的配伍性、化学稳定性，形成理想的水体系增稠流变剂。可见，硅酸镁锂的晶体结构单元的均匀及问稳定定，对于其溶于水后形成胶体及胶体的性能具有重要作用。本发明采用上述的合适的原料及其配比，通过恰当的原料添加顺序，在反应釜中液体保持沸腾的情况下，以匀速滴加的形式滴加水玻璃、碳酸钠，并控制滴加水玻璃的滴加速率，从而在常压反应条件也，也能够使得硅酸镁锂中硅、镁、锂氧键能够以合适的、均匀的速率形成，硅酸镁锂形成稳定的晶型结构，最终实现上述效果。

水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，又称泡化碱。水玻璃可根据碱金属的种类分为钠水玻璃和钾水玻璃，其分子式分别为Na₂O·nSiO₂和K₂O·nSiO₂，式中的系数n称为水玻璃模数，是水玻璃中的氧化硅和碱金属氧化物的分子比(或摩尔比)，水玻璃模数与氧化硅含量和水玻璃粘度具有相关性。本发明中，液态水玻璃的模数优选为3～4。采用这一范围的水玻璃模数有利于制备得到的硅酸镁锂具有很好的粘性。进一步优选地，该水玻璃选择水溶性硅酸钠，即钠水玻璃，分子式为Na₂O·nSiO₂。

优选地，步骤(2)所述的将碳酸钠溶液匀速滴加至反应釜中，应控制滴加速度，控制滴加速度为每分钟滴加0.1kg～0.2kg的碳酸钠。在合理的速率下滴加碳酸钠以有利于硅酸镁锂形成均匀稳定的晶型结构，且其质地较软，得到的粉末颗粒细小且均匀，有利于其在应用时成胶后的透明度、也有利于其在配方中与其他组分配伍。更优选地，本发明反应釜中的反应全程均保持沸腾并持续搅拌，进一步为硅酸镁锂形成均匀稳定的晶型结构提供有利条件。

可选地，本发明在反应釜中反应完成后，还包括以下步骤：将反应釜降温、加水搅拌均匀后，过滤至滤干水分；将滤饼烘干，得块状硅酸镁锂固体后，粉碎。其中，具体地，过滤为：通过板框过滤机滤干水分。滤饼烘干时优选采用180～220℃的烘箱，烘干温度更优选为200℃。得到块状硅酸镁锂固体后，在其中一些方式中，通过粉碎机将硅酸镁锂粉碎，优选粉碎为300～350目粉末，325目更优。

实施例1

本实施例提供一种硅酸镁锂的制备方法，主要原料包括：

食用级七水硫酸镁(MgSO₄·7H₂O)、水玻璃(液体，水溶性硅酸钠，模数比为3)、氯化锂(LiCl)、食用碳酸钠(Na₂CO₃)；

制备步骤如下：

a.用130kg去离子水完全溶解29.6kg七水硫酸镁，备用。

b.在1000L含冷凝回流系统和加热系统的反应釜中，加入5.18kg氯化锂，加入50kg水，加热搅拌，并保持沸腾3分钟，然后加入硫酸镁溶液，保持沸腾20分钟，反应釜在整个生产过程中保持沸腾并持续搅拌。

c.把36.65kg水玻璃加入滴量罐，均匀滴加在反应釜中，控制滴加速度，使得水玻璃的滴加时间为80分钟。

d.把7.24kg食用碳酸钠，溶解在140kg去离子水中，搅拌完全溶解，加入滴量罐中，控制滴加速度，滴加时间为60分钟。

e.滴加完毕后，反应釜保持沸腾18小时。

f.反应完毕，降温，加入200kg去离子水，搅拌均匀，通过板框过滤机，滤干水份，滤饼在200℃的烘箱中，干燥4小时，即得块状的硅酸镁锂固体。

g.经过粉碎机，把硅酸镁锂块粉碎成325目粉末。

其中，上述的反应釜的加热、保持沸腾通过导热油和智能温控系统实现，其中导热油的油温为110℃。

实施例2

本实施例提供一种硅酸镁锂的制备方法。与实施例1的原料、制备方法基本相同，其中区别在于，所使用的原料中，水玻璃的模数比为4。其余原料、制备步骤及条件相同。

实施例3

本实施例提供一种硅酸镁锂的制备方法。与实施例1的原料、制备方法基本相同，其中区别在于，步骤c中水玻璃的滴加速度不同，水玻璃滴加完毕的时间为100分钟，步骤d中食用碳酸钠的滴加速度不同，食用碳酸钠滴加完毕的时间为40分钟。

对比例1

本对比例提供一种硅酸镁锂的制备方法，采用的原料如下：

氢氧化镁(Mg(OH)₂)、水玻璃(液体硅酸钠，模数比3)、碳酸锂(Li₂CO₃)、食用碳酸钠(Na₂CO₃)；其中镁元素、锂元素的原料与实施例1不同。

制备方法与实施例1基本相同，其中：氢氧化镁的用量为7kg，氯化锂的用量为4.15kg，即与实施例1中镁元素、锂元素的用量相同。

对比例2

本对比例提供一种硅酸镁锂的制备方法，采用的原料及用量与实施例1相同。

具体制备方法如下：

a.29.6kg七水硫酸镁、5.18kg氯化锂溶于水后，与36.65kg水玻璃混合，在反应釜中加热至沸腾，并持续搅拌。反应时长为100分钟。

b.把7.24kg食用碳酸钠，溶解在140kg去离子水中，搅拌完全溶解，加入滴量罐中，控制滴加速度，滴加时间为60分钟。

c.滴加完毕后，反应釜保持沸腾18小时。

e.反应完毕，降温，加入200kg去离子水，搅拌均匀，通过板框过滤机，滤干水份，滤饼在200℃的烘箱中，干燥4小时，即得块状的硅酸镁锂固体。

f.经过粉碎机，把硅酸镁锂块粉碎成325目粉末。

对比例3

具体制备方法如下：

a.用130kg去离子水完全溶解29.6kg七水硫酸镁，备用。

c.把36.65kg水玻璃加入滴量罐，均匀滴加在反应釜中，控制滴加速度，使得水玻璃的滴加时间为120分钟。

d.把7.24kg食用碳酸钠，溶解在140kg去离子水中，搅拌完全溶解，直接全部加入反应釜，搅拌均匀，反应60分钟。

e.滴加完毕后，反应釜保持沸腾18小时。

g.经过粉碎机，把硅酸镁锂块粉碎成325目粉末。

实施例1-2、对比例1-3进行硅酸镁锂的表征与性能测试

1、红外检测

本发明采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对制备得到的硅酸镁锂进行检测。

型号：Nexus，美国Thermo Nicolet公司制造，最高分辨率为0.019cm^-1，扫描速率1次/秒。测试波长范围为中红外4000～40cm^-1。

红外测试的结果显示，本发明实施例1和实施例2制备得到的样品在3452cm^-1附近均存在一个较强且较宽的吸收峰，在1640cm^-1和1013^-1处也有明显吸收峰。其中，3452cm^-1是羟基伸缩振动和晶体层间的羟基氢键峰，在1640cm^-1和1013^-1处的吸收峰为吸附水分子-OH的玩去震动吸收峰和硅酸镁锂晶格中Si-O键的伸缩振动吸收峰。上述吸收峰均为硅酸镁锂的特征吸收峰，说明本发明制备得到的确实为硅酸镁锂。

2、流变学测试

将实施例1-2、对比例1-3制备得到的硅酸镁锂粉末加入去离子水中，配制成硅酸镁锂质量百分比为3％的水分散液，记录其成胶状所需的时间及其透明度。并静置24小时后按常规方法进行检测，测试其透光率、粘度。

实施例1和实施例2中制备的到的硅酸镁锂成胶时间短，透明度高，粘度较大，可见，本发明制备方法制备得到的硅酸镁锂的粉末颗粒更加均匀、细腻，其能够实现凝胶分散液的胶体结构中微粒分离成单独小片的程度高、粘度大、增稠效果明显，膨胀形成触变性凝胶的透明度高，在多彩涂料等领域具有很高的应用价值。

而在对比例1～对比例3中，其成胶时间较长，形成硅酸镁锂凝胶的透明度也偏低，其原因可能是由于制备得到的硅酸镁锂的晶型结构的略微差异或是质地较硬的问题，硅酸镁锂粉末的粒度和均匀程度存在不足，从而影响了其成胶的性能和透明度、粘度的性能。

可见，不同原料的具体种类及其添加方式和顺序，合成得到的硅酸镁锂在性能上存在差异，采用合适的原料、配比及其添加方式和顺序，配合压强条件，对于硅酸镁锂形成稳定的晶型结构至关重要。只有采用如本发明所述的常压条件下的水热合成法，通过恰当的原料添加顺序，在反应釜中液体保持沸腾的情况下，以匀速滴加的形式滴加水玻璃、碳酸钠，并控制滴加水玻璃的滴加速率，从而使得硅酸镁锂中硅、镁、锂氧键能够以合适的、均匀的速率形成，硅酸镁锂形成稳定的晶型结构，具备稳定的化学结构和牢固的多分子空间结构，才能够实现稳定的增稠，触变，悬浮，防沉等水性流变助剂的效果。而未采用如本发明所述的合适的原料添加顺序和滴加速度，无法达到本发明的效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对以下实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种硅酸镁锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(3)将碳酸钠溶液匀速滴加至反应釜中；

(4)滴加完毕后，保持沸腾，反应17～20h，即得；

其中，所述硅、锂与镁的摩尔比为(2～4):(0.9～1.1):1；

所述碳酸钠与所述氯化锂的摩尔比为(0.4～0.6):1。

2.根据权利要求1所述的硅酸镁锂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的液态水玻璃的模数为3～4。

3.根据权利要求3所述的硅酸镁锂的制备方法，其特征在于，所述水玻璃为水溶性硅酸钠。

4.根据权利要求1所述的硅酸镁锂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的将碳酸钠溶液匀速滴加至反应釜中，所述匀速滴加的速度为每分钟滴加0.1kg～0.2kg的碳酸钠。

5.根据权利要求1～4任一项所述的硅酸镁锂的制备方法，其特征在于，步骤(2)至步骤(4)中，全程保持沸腾并持续搅拌。

6.根据权利要求1～4任一项所述的硅酸镁锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)用125～135kg去离子水溶解28～32kg七水硫酸镁，制得硫酸镁溶液；

(2)于反应釜中，将5～5.5kg氯化锂溶于45～55kg水，加热至沸腾，保持沸腾2～4min；加入所述硫酸镁溶液，保持沸腾18～22min；

(3)将36～37kg液态水玻璃匀速滴加至反应釜中，于80～100min内滴加完毕；

(4)将7.2～7.3kg碳酸钠溶于135～145kg水中，制得碳酸钠溶液；将所述碳酸钠溶液滴加至反应釜中，于55～65min内滴加完毕；

(5)滴加完毕后，保持沸腾，反应17～20h，即得。

7.根据权利要求6所述的硅酸镁锂的制备方法，其特征在于，步骤(3)为：将36.65kg液态水玻璃匀速滴加至反应釜中，于80min内滴加完毕。

8.根据权利要求6所述的硅酸镁锂的制备方法，其特征在于，步骤(4)为：将7.24kg碳酸钠溶于140kg水中，制得碳酸钠溶液；将所述碳酸钠溶液滴加至反应釜中，于60min内滴加完毕。

9.根据权利要求1～4任一项所述的硅酸镁锂的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

将反应釜降温、加水搅拌均匀后，过滤至滤干水分；将滤饼烘干，得块状硅酸镁锂固体后，粉碎，即得。

10.一种硅酸镁锂，其特征在于，由权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到。