CN114314602A - 一种饲料用蒙脱石粘结剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种饲料用蒙脱石粘结剂及其制备方法，具体涉及粘结剂制备领域。所述粘结剂包括钙基蒙脱石、钠化改性剂、凝胶剂、有机高分子促进剂和水。所述方法包括一次改性钠基蒙脱石的制备，二次凝胶化蒙脱石的制备和三次有机/无机复合网络结构蒙脱石粘结剂的制备。本发明制备方法制备蒙脱石粘结剂，使用湿法钠化，湿法钠化是在水介质中添加钠盐并不断搅拌,使膨润土充分分散、膨胀而实现钠化。该法易得到高质量的钠基膨润土，为后续增稠增粘打下基础。同时引入凝胶剂，凝胶剂使颗粒间凝聚，使浆料粘度上升。后续引入亲水高分子，高分子链段吸附于蒙脱石晶层上，形成有机/无机复合网络结构，增加蒙脱石的增稠增粘效果。
Description
技术领域
本发明涉及粘结剂制备领域，具体涉及一种饲料用蒙脱石粘结剂及其制备方法。
背景技术
蒙脱石的晶体结构是由两层硅氧四面体晶层中间夹一层铝(镁)氧八面体晶层构成的2:1型层状硅酸盐。因此蒙脱石晶体结构单元层以分子间力连接，比较松散，水分子或其他有机分子可以进入层间。此外硅氧四面体中Si4+可以被Al3+置换，铝氧八面体中的Al3+容易被Mg2+、Fe2+、Zn2+等低价阳离子置换。置换后蒙脱石晶体结构带负电荷，为达到电荷平衡，蒙脱石晶胞会吸附交换性阳离子，使其位于单元层之间，因此蒙脱石矿物具有吸附阳离子和极性分子的能力。由于蒙脱石的亲水，颗粒细小，晶体表面带电，颗粒不规则，羟基与水形成氢键等，蒙脱石与水混合具有很大的粘结性。根据蒙脱石层间阳离子种类可以划分为不同属性蒙脱石，不同属性的蒙脱石其物理化学性质不同，层间阳离子主要为钠离子时成为钠基蒙脱石，层间阳离子主要为钙离子成为钙基蒙脱石，钠基蒙脱石相较于钙基蒙脱石，具有更好的亲水性，膨胀性，悬浮性，粘结性，凝胶性等性能。
在自然界或者蒙脱石矿床中钙基蒙脱石占主导地位，所以蒙脱石的钠化改性已经成为主要技术之一。常用钠化改性的方法有悬浮液法、挤压法、堆场法、轮碾发、双螺旋法、雷蒙磨法、超声处理法，微波处理法。钠化改性剂有碳酸钠，氟化钠，氯化钠，氢氧化钠，硫酸钠，草酸钠。通过目前的钠化改性方法，难以制备出高效理化性质的蒙脱石粘结剂。
发明内容
为此，本发明提供一种饲料用蒙脱石粘结剂及其制备方法，以解决现有钠化改性方法难以制备出高效理化性质的蒙脱石粘结剂的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
根据本发明的一方面提供一种饲料用蒙脱石粘结剂，所述粘结剂包括钙基蒙脱石、钠化改性剂、凝胶剂、有机高分子促进剂和水。
进一步的，所述钠化改性剂选自碳酸钠、氟化钠、氯化钠、氢氧化钠、硫酸钠、草酸钠中的一种或几种。
进一步的，所述钠化改性剂的用量为2～8％。
进一步的，所述凝胶剂选自氧化钙和/或氧化镁。
进一步的，所述凝胶剂用量0.5～3％。
进一步的，所述有机高分子促进剂选自α-淀粉、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、木质素磺酸盐一种或几种。
进一步的，所述促进剂用量为0.1～7.5％。
根据本发明的另一方面提供上述饲料用蒙脱石粘结剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一，将钙基蒙脱石样品和水放入到低速搅拌罐中，水化固液比为1:6～1:15，水化0.5～4h，然后加入钠化剂钠化改性，钠化剂用量为2～8％，钠化温度40～90℃，钠化时间为0.5～4h，制得一次改性钠基蒙脱石；
步骤二，将一次改性钠基蒙脱石浆体离心提纯至蒙脱石含量大于90wt％的悬浮液；
步骤三，往悬浮液中加入凝胶剂，凝胶剂用量0.5～3％，反应时间20～60min，制得二次凝胶化蒙脱石；
步骤四，将二次凝胶化蒙脱石进行压滤，使其含水率在20～40％，加入有机高分子促进剂，然后在挤压机中进行挤压老化，老化时间为1～24h；
步骤五，将上述制备蒙脱石干燥研磨，得到高增稠高粘度的蒙脱石粘结剂。
进一步的，使用气流粉碎磨粉碎1000～1500目超细粉。
本发明制备方法各步骤的作用：
本发明技术方案步骤一的目的，当蒙脱石浆料中加入钠化改性剂时，由于离子交换而使蒙脱石内部的电荷发生变化，蒙脱石层间结合力变小，层状集合体在水中变得易于拆散，形成层面带负电荷，端面带正电荷的微小薄片。这些薄片在水中由于静电作用可呈现端-面相接，形成一种特有的“卡房式”结构，在蒙脱石“卡房式”结构中包含大量的水分子，它的形成使大量的自由水转变为束缚水，从而使其本身获得较高的粘度。
步骤二的目的是将杂质和没有完全钠化的钙基蒙脱石离心分离出来，得到纯度更高的钠基蒙脱石，使其纯度，粘度得到进一步提高。
步骤三的目的是加入凝胶剂镁盐为蒙脱石浆料提供了氢氧根离子，为蒙脱石矿物晶格表面氢氧层中的氢离子，提供碱性环境，加强阳离子交换能力，有利于膨润土悬浮性的稳定；当钠基蒙脱石与镁盐混合时，晶格中的钠、镁离子会发生交换，改变钠、镁离子的比例，形成更稳定的体系。蒙脱石浆料在水中成电负性，镁离子的电价及半径比钠离子大，因此更容易被吸附，使ζ电位适当降低，扩散层变薄，使颗粒间凝聚，是浆料粘度上升。
步骤四的目的将亲水有机高分子引入到蒙脱石浆料中，使得高分子链段吸附于蒙脱石晶层上，形成有机/无机复合网络结构，增加蒙脱石的增稠增粘效果。
步骤五的目的气流粉碎磨是利用高压气流或过热蒸汽的能量使颗粒产生相互冲击、碰撞、摩擦剪切而实现超细设备。因此所得蒙脱石粘结剂粒度细，粒度较为集中、颗粒表面光滑、形状规整、体积蓬松、比表面积大，使蒙脱石粘结剂具有更好的吸水性和粘结性，表现出更优异的效果。
本发明具有如下优点：
本发明制备方法制备蒙脱石粘结剂，使用湿法钠化，湿法钠化是在水介质中添加钠盐并不断搅拌,使膨润土充分分散、膨胀而实现钠化。该法易得到高质量的钠基膨润土，为后续增稠增粘打下基础。引入凝胶剂，容易被蒙脱石吸附，使ζ电位适当降低，扩散层变薄，使颗粒间凝聚，使浆料粘度上升。引入亲水有机高分子，吸附于蒙脱石晶层上，可以形成有机/无机复合网络结构，增加蒙脱石的增稠增粘效果。使用气流粉碎磨，所得蒙脱石粘结剂粒度细，粒度较为集中、颗粒表面光滑、形状规整、体积蓬松、比表面积大，使蒙脱石粘结剂具有更好的吸水性和粘结性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明1提供的一种钙基蒙脱石和钠基蒙脱石的X射线衍射图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1改性钠基蒙脱石悬浮液的制备
称取100份钙基蒙脱石，配制成固液比1:10的悬浮液，水化1h后加入碳酸钠质量分数6％，钠化温度60℃，钠化时间为2h，制得一次改性钠基蒙脱石悬浮液，干燥，气流粉碎磨粉碎至1000～1500目，编号1#。图1为钙基蒙脱石和钠基蒙脱石的X射线衍射图，从图可知，其蒙脱石d(001)值由1.549nm减少到1.164nm，说明钙基蒙脱石已经被钠化改性为钠基蒙脱石。
实施例2提纯至蒙脱石含量大于90wt％的悬浮液的方法
按照实施例1中步骤制备一次改性钠基蒙脱石悬浮液，将一次改性钠基蒙脱石浆体离心提纯至蒙脱石含量大于90wt％的悬浮液，干燥，气流粉碎磨粉碎至1000～1500目，编号2#。
实施例3二次凝胶化蒙脱石悬浮液的制备
按照实施例1中步骤制备一次改性钠基蒙脱石悬浮液，加入氧化镁质量分数用量1.0％，反应时间30min，制得二次凝胶化蒙脱石悬浮液，干燥，气流粉碎磨粉碎至1000～1500目，编号3#。
实施例4二次凝胶化蒙脱石悬浮液的制备
按照实施例1中步骤制备一次改性钠基蒙脱石悬浮液，加入氧化钙质量分数用量1.0％，反应时间30min，制得二次凝胶化蒙脱石悬浮液，干燥，气流粉碎磨粉碎至1000～1500目，编号4#。
实施例5一种饲料用蒙脱石粘结剂及其制备方法
按照实施例1中步骤制备一次改性钠基蒙脱石悬浮液，加入氧化镁质量分数用量1.0％，反应时间30min，制得二次凝胶化蒙脱石悬浮液，将二次凝胶化蒙脱石进行压滤，使其含水率在30％，加入有机高分子促进剂海藻酸钠，然后在挤压机中进行挤压老化，老化时间为24h。干燥，气流粉碎磨粉碎至1000～1500目，编号5#。
实施例6一种饲料用蒙脱石粘结剂及其制备方法
按照实施例1中步骤制备一次改性钠基蒙脱石悬浮液，加入氧化镁质量分数用量1.0％，反应时间30min，制得二次凝胶化蒙脱石悬浮液，将二次凝胶化蒙脱石进行压滤，使其含水率在30％，加入有机高分子促进剂羧甲基纤维素钠，然后在挤压机中进行挤压老化，老化时间为24h。干燥，气流粉碎磨粉碎至1000～1500目，编号6#。
实施例7二次凝胶化蒙脱石悬浮液的制备
按照实施例1中步骤制备一次改性钠基蒙脱石悬浮液，加入氧化镁质量分数用量2.5％，反应时间30min，制得二次凝胶化蒙脱石悬浮液，干燥，气流粉碎磨粉碎至1000～1500目，编号7#。
实施例8一种饲料用蒙脱石粘结剂及其制备方法
按照实施例1中步骤制备一次改性钠基蒙脱石悬浮液，加入氧化镁质量分数用:2.5％，反应时间30min，制得二次凝胶化蒙脱石悬浮液，将二次凝胶化蒙脱石进行压滤，使其含水率在30％，加入有机高分子促进剂羧甲基纤维素钠，然后在挤压机中进行挤压老化，老化时间为24h。干燥，气流粉碎磨粉碎至1000～1500目，编号8#。
实验例1
按照《GB/T 20973-2020》吸蓝量测试方法进行检测，结果如表1所示。
表1蒙脱石吸蓝量和粘度测试结果
由表1中样品1#和2#吸蓝量可知，通过钠化离心提纯可以将蒙脱石吸蓝量从36g/100g提高至42g/100g，含量提高至大于90wt％，钠化离心提纯可以改善蒙脱石纯度原因是钠化后提高了蒙脱石的分散悬浮性，使杂质矿物暴露出来，同时浆液中细颗粒蒙脱石增加，在提高纯度同时增加产率。
实验例2
粘度是反应蒙脱石增稠增粘性能的一项具体指标，以5％浓度为例，量取350ml蒸馏水于容器中，再称取17.5g样品，再搅拌的条件下将样品缓慢加入到水中，继续以2000rpm搅拌30min，使溶液充分分散，使用旋转粘度计测试粘度，记录600rpm的稳定读数，静置24h后再记录一次读数，结果如表1所示。对比表1中样品2#和3#，添加凝胶剂氧化镁后，粘度从15mpa·s增加至25mpa·s，说明氧化镁被蒙脱石吸附，使ζ电位适当降低，扩散层变薄，使颗粒间凝聚，使浆料粘度上升。对比样品3#和4#，不同的凝胶剂对结果影响较大。对比样品3#和5#、6#，使用有机高分子促进剂改性后，粘度从25mpa·s分别提高至47和100mpa·s，说明引入高分子促进剂后上，可以形成有机/无机复合网络结构，蒙脱石的粘度提升显著，同时不同有机高分子促进剂对粘度影响差异明显。对比样品3#和7#，当凝胶剂的用量从1％提高至2.5％对粘度的影响不明显，这是因为当凝胶剂的用量为1％时，凝胶结构已经均匀稳定。
从表1中可以看出，本发明制备的蒙脱石粘结剂，可以显著提高蒙脱石粘度，提升蒙脱石增粘增稠效果。后续使用时，将能更好的提高饲料的硬度，减少粉化率，提高生产效能。
本发明制备方法制备蒙脱石粘结剂，使用湿法钠化，湿法钠化是在水介质中添加钠盐并不断搅拌,使膨润土充分分散、膨胀而实现钠化。该法易得到高质量的钠基膨润土，为后续增稠增粘打下基础。引入凝胶剂，容易被蒙脱石吸附，使ζ电位适当降低，扩散层变薄，使颗粒间凝聚，是浆料粘度上升。引入亲水有机高分子，吸附于蒙脱石晶层上，可以形成有机/无机复合网络结构，增加蒙脱石的增稠增粘效果。使用气流粉碎磨，所得蒙脱石粘结剂粒度细，粒度较为集中、颗粒表面光滑、形状规整、体积蓬松、比表面积大，使蒙脱石粘结剂具有更好的吸水性和粘结性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种饲料用蒙脱石粘结剂，其特征在于，所述粘结剂包括钙基蒙脱石、钠化改性剂、凝胶剂、有机高分子促进剂和水。
2.根据权利要求1所述一种饲料用蒙脱石粘结剂，其特征在于，所述钠化改性剂选自碳酸钠、氟化钠、氯化钠、氢氧化钠、硫酸钠、草酸钠中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述一种饲料用蒙脱石粘结剂，其特征在于，所述钠化改性剂的用量为2～8％。
4.根据权利要求1所述一种饲料用蒙脱石粘结剂，其特征在于，所述凝胶剂选自氧化钙和/或氧化镁。
5.根据权利要求4所述一种饲料用蒙脱石粘结剂，其特征在于，所述凝胶剂用量0.5～3％。
6.根据权利要求1所述一种饲料用蒙脱石粘结剂，其特征在于，所述有机高分子促进剂选自α-淀粉、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、木质素磺酸盐一种或几种。
7.根据权利要求6所述一种饲料用蒙脱石粘结剂，其特征在于，所述促进剂用量为0.1～7.5％。
8.根据权利要求1-7任一所述饲料用蒙脱石粘结剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一，将钙基蒙脱石样品和水放入到低速搅拌罐中，水化固液比为1:6～1:15，水化0.5～4h，然后加入钠化剂钠化改性，钠化剂用量为2～8％，钠化温度40～90℃，钠化时间为0.5～4h，制得一次改性钠基蒙脱石；
步骤二，将一次改性钠基蒙脱石浆体离心提纯至蒙脱石含量大于90wt％的悬浮液；
步骤三，往悬浮液中加入凝胶剂，凝胶剂用量0.5～3％，反应时间20～60min，制得二次凝胶化蒙脱石；
步骤四，将二次凝胶化蒙脱石进行压滤，使其含水率在20～40％，加入有机高分子促进剂，然后在挤压机中进行挤压老化，老化时间为1～24h；
步骤五，将上述制备蒙脱石干燥研磨，得到高增稠高粘度的蒙脱石粘结剂。
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