CN110526253B - 一种亲水性有机镁皂石的制备方法 - Google Patents

一种亲水性有机镁皂石的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种亲水性有机镁皂石的制备方法，所述方法为：将氢氧化钠、碳酸氢钠和去离子水混合配制成缓冲溶液；将铝盐、镁盐和去离子水混合配制成含镁铝水溶液；将去离子水、聚乙二醇混合，配制成含聚乙二醇的水溶液；在搅拌条件下，依次分别将水玻璃、含镁铝水溶液、含聚乙二醇的溶液滴加到缓冲溶液中，得到晶化液；所得晶化液在恒温晶化后，经冷却、离心、水洗、干燥、破碎、过筛，得到水性增稠剂；本发明制备得到的有机镁皂石有利于适度增加镁皂石颗粒表面与分散剂聚丙烯酸钠极性的相容性，减小镁皂石颗粒的亲液表面与聚丙烯酸钠分散剂的疏液表面之间的疏液作用力，使亲水性有机镁皂石和聚丙烯酸钠在水中形成更稳定的分散体系。

Description

一种亲水性有机镁皂石的制备方法
(一)技术领域
本发明涉及一种亲水性有机镁皂石的制备方法。
(二)背景技术
镁皂石是属于蒙皂石族的无机层状镁铝硅酸盐粘土矿物，在自然界很少存在，因此，需要通过人工方法合成。镁皂石的晶胞结构是由两层硅氧四面体中间夹一层镁氧八面体组成，镁皂石中硅氧四面体中心的Si4+可以部分被Al3+取代，镁氧八面体中心的Mg2+可以部分被Al3+、Fe2+、Co2+、Zn2+等取代，在结构单元层间吸附一些可交换性的阳离子以平衡层板电荷，并能吸附有机分子。镁皂石的片层尺寸小(约50nm)，容易在水中剥离成单个片层，并组装成卡房结构形成凝胶。因此，在水性介质中镁皂石能起到防沉和增稠的作用。
镁皂石在水性涂料中用作防沉增稠剂，在含固体填料、颜料粒子的体系中发挥优良的悬浮和防沉效果。质量分数为2-10％的镁皂石水悬浮液，呈碱性，pH可达到10，离子强度大。聚丙烯酸钠是一种高分子阴离子聚电解质，通常用作水性涂料分散剂。在2-10％的无机镁皂石的水悬浮液中加入1-5％的聚丙烯酸钠分散剂，一方面由于离子强度大，另一方面由于无机的镁皂石颗粒表面与聚丙烯酸钠极性的不相容，在亲液表面与疏液表面产生一种疏液作用力，导致颗粒相互吸引聚集，发生沉降，稳定的分散体系被破坏，使体系粘度降低。这种情况的出现不利于颜料、填料等固体粒子在水性涂料中稳定均匀分散。
(三)发明内容
本发明目的在于提供一种亲水性有机镁皂石的制备方法。在水热法合成有机改性的镁皂石的反应体系中加入水溶性的非离子型聚合物聚乙二醇，聚乙二醇参与镁皂石的晶化过程，通过分子间作用力和氢键作用，吸附在镁皂石层间及粒子的内外表面。这种方法制备得到的有机镁皂石是一种有机和无机杂化的硅酸镁铝盐矿物，有利于适度增加镁皂石颗粒表面与分散剂聚丙烯酸钠极性的相容性，减小镁皂石颗粒的亲液表面与聚丙烯酸钠分散剂的疏液表面之间的疏液作用力，使亲水性有机镁皂石和聚丙烯酸钠在水中形成更稳定的分散体系。
本发明的技术方案如下：
一种亲水性有机镁皂石的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将氢氧化钠和碳酸氢钠溶于去离子水A，配制成碱液；
所述氢氧化钠、碳酸氢钠、去离子水A的质量比为1：1.5～2：13～15，优选1：1.8：13.8；
(2)将铝盐、镁盐溶于去离子水B，配制成含镁铝的水溶液；
所述铝盐以所含铝计、镁盐以所含镁计、去离子水B的物质的量之比为1：13～28：397～1074；
所述镁盐具体例如：氯化镁或硝酸镁；
所述铝盐具体例如：氯化铝或硝酸铝；
(3)将聚乙二醇溶于去离子水C，配制成含聚乙二醇的水溶液；
所述聚乙二醇与步骤(2)中铝盐以所含铝计、去离子水C的物质的量之比为0.5～2：1：380～675；
所述聚乙二醇分子量为4000、6000或8000；
上述“去离子水A”、“去离子水B”、“去离子水C”没有特殊的含义，均指通常意义上的去离子水，标记为“A”、“B”、“C”只是用于区分不同操作步骤中用到的去离子水；
(4)在恒温40～50℃、搅拌条件下，先将水玻璃滴加到步骤(1)配制的碱液中，得到含硅液，再分别将步骤(2)配制的含镁铝的水溶液和步骤(3)配制的含聚乙二醇的水溶液滴加到含硅液中，滴加完后继续搅拌2～3h，得到反应液；
所述反应液中，铝盐以所含铝计、水玻璃以所含硅计的物质的量之比为1：16～37；
所述水玻璃与碱液的质量比为1：7～8；
(5)将步骤(4)所得反应液加到晶化釜中密封，在90～180℃下恒温晶化6～24h，之后冷却至室温(20～30℃)，离心、水洗、真空干燥(30～70℃，6～24h)、破碎、过筛(100目)，得到聚乙二醇修饰的有机镁皂石颗粒。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种聚乙二醇修饰的亲水性有机镁皂石的合成方法。这种方法合成的有机镁皂石与传统的无机镁皂石防沉触变增稠剂比较，其颗粒表面极性与聚丙烯酸钠分散剂的极性更相容，其水悬浮液能抗聚电解质聚丙烯酸钠分散剂引起的絮凝作用，使粘度降低不明显，长时间静置后保持稳定，在水性体系中形成缔合网络结构，具有隔离固体粒子的能力。例如，在质量分数为3-8wt％的有机镁皂石的水悬浮液中，加入有机镁皂石质量的3-5％的平均分子量为2000-3000聚丙烯酸钠分散剂，体系粘度降低不明显，静置一年不沉降。
(四)具体实施方式
下面以具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例中用到的水玻璃购自江苏彤晟化学试剂有限公司，二氧化硅含量27％，氢氧化钠含量14％。
实施例1
本实施例的一种亲水性有机镁皂石的制备方法，包括如下步骤：
1)按氢氧化钠、碳酸氢钠、去离子水的质量比为1：1.8：13.8，将氢氧化钠34.54g、碳酸氢钠62.42g、去离子水476g混合，配制成碱液。
2)按铝盐中所含铝计、镁盐中所含镁计、去离子水的摩尔比为1：13：397.2，将九水硝酸铝7.59g、六水氯化镁53.42g、去离子水145g，配制成含镁铝的水溶液。
3)按步骤(2)铝盐以所含铝计、聚乙二醇、去离子水的摩尔比为1：1.2：380，将分子量为4000聚乙二醇25.51g、去离子水36g混合，配制成含聚乙二醇的水溶液。
4)按步骤(2)铝盐以所含铝计、所述反应液中水玻璃以所含硅计摩尔比为1：16.3，在恒温40℃、搅拌条件下，先将水玻璃73.47g滴加到步骤(1)配制的碱液中，得到含硅液，再分别将步骤(2)配制的含镁铝的水溶液和步骤(3)配制的含聚乙二醇的水溶液滴加到含硅液中，滴加完后继续搅拌3h，得到反应液。
5)将步骤(4)所得反应液加到晶化釜中密封，在90℃下恒温晶化8h，之后冷却至室温，离心、水洗、真空干燥(30℃，24h)、破碎、过筛(100目)，得到亲水性有机镁皂石颗粒。
将该有机镁皂石配制成质量分数为3％的水悬浮液，在转速为5rpm时，用旋转粘度计测得粘度为5210mpa·s，加入有机镁皂石质量的5％的平均分子量为2000-3000聚丙烯酸钠分散剂，粘度为5103mpa·s。
实施例2
本实施例的一种亲水性有机镁皂石的制备方法，包括如下步骤：
1)按氢氧化钠、碳酸氢钠、去离子水的质量比为1：1.8：13.8，将氢氧化钠31.25g、碳酸氢钠56.48g、去离子水430g混合，配制成碱液。
2)按铝盐中所含铝计、镁盐中所含镁计、去离子水的摩尔比为1：18：600，将六水氯化铝3.19g、六水硝酸镁60.95g、去离子水143g，配制成含镁铝的水溶液。
3)按步骤(2)铝盐以所含铝计、聚乙二醇、去离子水的摩尔比为1：1.1：585.8，将分子量为6000聚乙二醇19.92g、去离子水33g混合，配制成含聚乙二醇的水溶液。
4)按步骤(2)铝盐以所含铝计、所述反应液中水玻璃以所含硅计摩尔比为1：23，在恒温45℃、搅拌条件下，先将水玻璃67.61g滴加到步骤(1)配制的碱液中，得到含硅液，再分别将步骤(2)配制的含镁铝的水溶液和步骤(3)配制的含聚乙二醇的水溶液滴加到含硅液中，滴加完后继续搅拌3h，得到反应液。
5)将步骤(4)所得反应液加到晶化釜中密封，在140℃下恒温晶化12h，之后冷却至室温，离心、水洗、真空干燥(40℃，20h)、破碎、过筛(100目)，得到亲水性有机镁皂石颗粒。
将该有机镁皂石配制成质量分数为5％的水悬浮液，在转速为5rpm时，用旋转粘度计测得粘度为6119mpa·s，加入有机镁皂石质量的5％的平均分子量为2000-3000聚丙烯酸钠分散剂，粘度为6000mpa·s。
实施例3
本实施例的一种亲水性有机镁皂石的制备方法，包括如下步骤：
1)按氢氧化钠、碳酸氢钠、去离子水的质量比为1：1.8：13.8，将氢氧化钠32.82g、碳酸氢钠59.30g、去离子水452g混合，配制成碱液。
2)按铝盐中所含铝计、镁盐中所含镁计、去离子水的摩尔比为1：22：794.4，将六水氯化铝2.74g、六水氯化镁50.75g、去离子水163g，配制成含镁铝的水溶液。
3)按步骤(2)铝盐以所含铝计、聚乙二醇、去离子水的摩尔比为1：1.7：545.6，将分子量为4000聚乙二醇19.53g、去离子水28g混合，配制成含聚乙二醇的水溶液。
4)按步骤(2)铝盐以所含铝计、所述反应液中水玻璃以所含硅计摩尔比为1：28.3，在恒温45℃、搅拌条件下，先将水玻璃71.55g滴加到步骤(1)配制的碱液中，得到含硅液，再分别将步骤(2)配制的含镁铝的水溶液和步骤(3)配制的含聚乙二醇的水溶液滴加到含硅液中，滴加完后继续搅拌2h，得到反应液。
5)将步骤(4)所得反应液加到晶化釜中密封，在160℃下恒温晶化18h，之后冷却至室温，离心、水洗、真空干燥(50℃，15h)、破碎、过筛(100目)，得到亲水性有机镁皂石颗粒。
将该有机镁皂石配制成质量分数为6％的水悬浮液，在转速为5rpm时，用旋转粘度计测得粘度为6870mpa·s，加入有机镁皂石质量的5％的平均分子量为2000-3000聚丙烯酸钠分散剂，粘度为6630mpa·s。
实施例4
本实施例的一种亲水性有机镁皂石的制备方法，包括如下步骤：
1)按氢氧化钠、碳酸氢钠、去离子水的质量比为1：1.8：13.8，将氢氧化钠38.05g、碳酸氢钠68.76g、去离子水524g混合，配制成碱液。
2)按铝盐中所含铝计、镁盐中所含镁计、去离子水的摩尔比为1：26：996.7，将九水硝酸铝4.18g、六水硝酸镁74.2g、去离子水200g，配制成含镁铝的水溶液。
3)按步骤(2)铝盐以所含铝计、聚乙二醇、去离子水的摩尔比为1：0.5：422.8，将分子量为8000聚乙二醇12.30g、去离子水25g混合，配制成含聚乙二醇的水溶液。
4)按步骤(2)铝盐以所含铝计、所述反应液中水玻璃以所含硅计摩尔比为1：16.3，在恒温50℃、搅拌条件下，先将水玻璃83.41g滴加到步骤(1)配制的碱液中，得到含硅液，再分别将步骤(2)配制的含镁铝的水溶液和步骤(3)配制的含聚乙二醇的水溶液滴加到含硅液中，滴加完后继续搅拌3h，得到反应液。
5)将步骤(4)所得反应液加到晶化釜中密封，在180℃下恒温晶化24h，之后冷却至室温，离心、水洗、真空干燥(70℃，10h)、破碎、过筛(100目)，得到亲水性有机镁皂石颗粒。
将该有机镁皂石配制成质量分数为8％的水悬浮液，在转速为5rpm时，用旋转粘度计测得粘度为7354mpa·s，加入有机镁皂石质量的4％的平均分子量为2000-3000聚丙烯酸钠分散剂，粘度为7260mpa·s。
实施例5
(空白实验对照组)：在实施例3中，不加聚乙二醇制备有机镁皂石颗粒，将该有机镁皂石配制成质量分数为6％的水悬浮液，在转速为5rpm时，用旋转粘度计测得粘度为4902mpa·s，加入有机镁皂石质量的5％的平均分子量为2000-3000聚丙烯酸钠分散剂，粘度为853mpa·s。

Claims (5)

1.一种亲水性有机镁皂石的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将氢氧化钠和碳酸氢钠溶于去离子水A，配制成碱液；
所述氢氧化钠、碳酸氢钠、去离子水A的质量比为1：1.5～2：13～15；
(2)将铝盐、镁盐溶于去离子水B，配制成含镁铝的水溶液；
所述铝盐以所含铝计、镁盐以所含镁计、去离子水B的物质的量之比为1：13～28：397～1074；
(3)将聚乙二醇溶于去离子水C，配制成含聚乙二醇的水溶液；
所述聚乙二醇与步骤(2)中铝盐以所含铝计、去离子水C的物质的量之比为0.5～2：1：380～675；
(4)在恒温40～50℃、搅拌条件下，先将水玻璃滴加到步骤(1)配制的碱液中，得到含硅液，再分别将步骤(2)配制的含镁铝的水溶液和步骤(3)配制的含聚乙二醇的水溶液滴加到含硅液中，滴加完后继续搅拌2～3h，得到反应液；
所述反应液中，铝盐以所含铝计、水玻璃以所含硅计的物质的量之比为1：16～37；
所述水玻璃与碱液的质量比为1：7～8；
(5)将步骤(4)所得反应液加到晶化釜中密封，在90～180℃下恒温晶化6～24h，之后冷却至室温，离心、水洗、真空干燥、破碎、过筛，得到聚乙二醇修饰的有机镁皂石颗粒。
2.如权利要求1所述亲水性有机镁皂石的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氢氧化钠、碳酸氢钠、去离子水A的质量比为1：1.8：13.8。
3.如权利要求1所述亲水性有机镁皂石的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述镁盐为氯化镁或硝酸镁。
4.如权利要求1所述亲水性有机镁皂石的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述铝盐为氯化铝或硝酸铝。
5.如权利要求1所述亲水性有机镁皂石的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述聚乙二醇分子量为4000、6000或8000。
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