有机改性纤维状坡缕石及其有机改性方法

摘要

本发明公开了有机改性纤维状坡缕石，各原料以重量份数计，包含纤维状坡缕石矿石100份，分散剂2份～10份，酸10份～100份，季铵盐10份～60份，酸是以饱和浓度的酸计，取36%～38%的浓盐酸、98%的浓硫酸或98%的浓硝酸其中的一种或一种以上的混合物。改性过程包括以下步骤：选矿并破碎步骤；制纤维体步骤；制纤维体溶液步骤；酸改性步骤；有机改性步骤；干燥、破碎步骤；得到成品。本发明的有机改性纤维状坡缕石，将亲水性的纤维状无机坡缕石转变为亲油性的纤维状有机坡缕石。通过本发明制备的改性纤维状坡缕石，在各类极性强弱不同的有机溶剂中都具有良好的分散性和很高的粘度,工业应用广泛。

说明书

技术领域

本发明涉及吸附材料的制备技术领域，具体地说是有机改性纤维状坡缕石及其有机改性方法。

背景技术

坡缕石（又称凹凸棒石）矿产资源是含水富镁铝的硅酸盐矿物，是世界公认的稀缺粘土矿产资源，具有优良的物化性能和工业用途，广泛应用于农业、工业、医药、食品及环保等领域。

坡缕石的物化性能主要表现为其比表面积大，吸附能力、流变性和催化性能良好，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能。坡缕石晶体呈毛发状或纤维状，表面具有极性的亲水基团，容易吸附水分子，经过有机化改性后，可以将亲水性的天然无机坡缕石转变为亲油性的有机坡缕石，改善其在有机溶剂中的分散性、相容性和亲和性，拓展坡缕石的工业应用。

坡缕石矿在自然界中大致存在二种形态：即纤维状坡缕石和土状坡缕石。目前，在世界范围内，得到工业应用和进行科学研究的主要是针对土状坡缕石。但是，鉴于土状坡缕石在大自然中的存在，往往是同膨润土、白云石、方解石等矿物共生，其本身的含量少则只占10%～20%，多则也只占到50%上下，极少有含量在70%～80%以上的，同时，提纯土状坡缕石的过程复杂且昂贵，这就阻碍了其向高层次产品的研发和应用，人们多使用提纯容易、制造成本低廉的有机膨润土来替代土状坡缕石。

不过，如果采用纤维状坡缕石，情况将大为改善。与土状坡缕石矿相比，纤维状坡缕石在天然矿石中的含量高，杂质少，以我国贵州地区出产的纤维状坡缕石矿为例，其坡缕石含量高达96wt.%以上（参考文献：何林，陈永成，闫建伟，边秀房，《偶联剂改性纤维状坡缕石的优化工艺及效果评价》，贵州工业大学学报，2007,36（4））。与有机膨润土相比，纤维状坡缕石在水中具有更优越的胶体性能和更高的粘度，利用纤维状坡缕石制作的有机改性纤维状坡缕石在有机溶剂中表现出更好的分散性和更高的亲油性。特别是对于油漆、油墨、食品、医药、化妆品等领域，有机改性纤维状坡缕石或有机膨润土多作为改性添加剂使用，尽管有机改性纤维状坡缕石生产成本略高于有机膨润土，但是由于其性能优良，其使用量仅为有机膨润土的1/5～1/10，因此，有机改性纤维状坡缕石的性价比要高于有机膨润土。在相同的应用环境下，添加极少量的有机改性纤维状坡缕石即可达到同样的效果，这对于提高上述产品的质量和降低添加剂副作用的影响具有其他同类产品所不可替代的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，提供有机改性纤维状坡缕石及其有机改性方法；其中，有机改性纤维状坡缕石，将亲水性的无机纤维状坡缕石转变为亲油性的有机改性纤维状坡缕石；通过本发明制备的有机改性纤维状坡缕石，在诸如醇类、苯类等各类极性强弱不同的有机溶剂中都具有良好的分散性和很高的粘度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：有机改性纤维状坡缕石，各原料以重量份数计，包含纤维状坡缕石矿石100份，分散剂2份～10份，酸10份～100份，季铵盐10份～60份，酸是以饱和浓度的酸计，取36%～38%的浓盐酸、98%的浓硫酸或98%的浓硝酸其中的一种或一种以上的混合物。

本发明的有机改性纤维状坡缕石的有机改性过程，包括以下步骤：

步骤1、精选纤维状坡缕石矿石，并破碎，得到纤维状坡缕石矿石块状体；

步骤2、经锤式破碎机将上述纤维状坡缕石矿石块状体，制得纤维状坡缕石纤维体；

步骤3、选取100份步骤2中得到的纤维状坡缕石纤维体，高速搅拌下，向其中加入1份～5份分散剂，以及适量的去离子水，其固液比<10%，制得纤维状坡缕石纤维体溶液；

步骤4、向步骤3中得到的纤维状坡缕石纤维体溶液中加入10份～100份的酸，缓慢搅拌，进行酸改性，然后真空吸虑脱水，漂洗；

步骤5、在常温下，加入10份～60份季铵盐和1份～5份分散剂，其固液比<10%，缓慢搅拌，进行有机改性，静置24h后，脱水；

步骤6、干燥后，得到块状固体；

步骤7、破碎至60目～120目，得到呈絮状体的成品。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

上述步骤1中的纤维状坡缕石矿石为手选的优质纤维状坡缕石矿石，其纤维状坡缕石含量为50 wt.%～80 wt.%；

上述步骤3中的分散剂为六偏磷酸钠或硅酸钠；

上述步骤4中的酸，其计量份数以饱和浓度的酸计，即36%～38%的浓盐酸、98%的浓硫酸或98%的浓硝酸；

上述步骤5中的季铵盐为十八烷基三甲基氯化铵或双十八烷基氯化铵；

上述步骤6中的干燥温度为≤110℃。

与现有技术相比，本发明的有机改性纤维状坡缕石，先用无机酸进行酸改性，再用季铵盐对其进行有机改性。坡缕石对物质的吸附作用既有物理吸附也有化学吸附，对有机分子主要是以物理吸附为主，对无机离子主要是以化学吸附为主。季铵盐有机改性的作用主要表现为，季铵盐阳离子通过离子交换吸附与纤维状坡缕石发生作用，使有机物插入纤维状坡缕石微孔结构的内部，使微孔扩大，并且在纤维状坡缕石表面，有机铵根离子能够与纤维状坡缕石形成弱电场，使带有官能团的有机物更容易被吸附，进而提高纤维状坡缕石在有机溶剂中的分散性。经本发明制得的有机改性纤维状坡缕石适用性广，在诸如醇类、苯类等各类极性强弱不同的有机溶剂中都具有良好的分散性和很高的粘度。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详细描述。

本发明的有机改性纤维状坡缕石，各原料以重量份数计，包含纤维状坡缕石矿石100份，分散剂2份～10份，酸10份～100份，季铵盐10份～60份，酸是以饱和浓度的酸计，取36%～38%的浓盐酸、98%的浓硫酸或98%的浓硝酸其中的一种或一种以上的混合物。

本发明的有机改性纤维状坡缕石的有机改性过程，包括以下步骤：

步骤1、精选纤维状坡缕石矿石，并破碎，得到纤维状坡缕石矿石块状体；

步骤2、经锤式破碎机将上述纤维状坡缕石矿石块状体，制得纤维状坡缕石纤维体；

步骤3、选取100份步骤2中得到的纤维状坡缕石纤维体，高速搅拌下，向其中加入1份～5份分散剂，以及适量的去离子水，其固液比<10%，制得纤维状坡缕石纤维体溶液；

步骤4、向步骤3中得到的纤维状坡缕石纤维体溶液中加入10份～100份的酸，缓慢搅拌，进行酸改性，然后真空吸虑脱水，漂洗；

步骤5、在常温下，加入10份～60份季铵盐和1份～5份分散剂，其固液比<10%，缓慢搅拌，进行有机改性，静置24h后，脱水；

步骤6、干燥后，得到块状固体；

步骤7、破碎至60目～120目，得到呈絮状体的成品。

步骤1中的纤维状坡缕石矿为手选的优质纤维状坡缕石矿石，其纤维状坡缕石含量为50 wt.%～80 wt.%。

步骤3中分散剂为六偏磷酸钠或硅酸钠。

步骤4中酸，其计量份数以饱和浓度的酸计，即36%～38%的浓盐酸、98%的浓硫酸或98%的浓硝酸其中的一种或一种以上的混合物。

步骤5中季铵盐为十八烷基三甲基氯化铵或双十八烷基氯化铵。

步骤6中的干燥温度为≤110℃。

实施例1

    如图1所示，本实施例的有机改性纤维状坡缕石的有机改性方法，包括以下步骤：

步骤1、手选优质纤维状坡缕石矿石、并破碎，得到纤维状坡缕石矿石块状体；

步骤2、将上述纤维状坡缕石矿石块状体制得纤维状坡缕石纤维体；

步骤3、选取100g步骤2中得到的纤维状坡缕石纤维体，高速搅拌下，向其中加入2g六偏磷酸钠，以及适量的去离子水，保持固液比<10%，制得纤维状坡缕石纤维体溶液；

步骤4、向步骤3中的纤维状坡缕石纤维体溶液中加入30份盐酸，是以饱和浓度的盐酸计，即36%～38%的浓盐酸，缓慢搅拌，进行酸改性，然后真空吸虑脱水，漂洗；

步骤5、在常温下，加入10g十八烷基三甲基氯化铵和2g六偏磷酸钠，缓慢搅拌，进行有机改性，静置24h后，脱水；

步骤6、在100℃下进行干燥，得到块状固体；

步骤7、破碎至60目～120目，得到呈絮状体的成品。

实施例2

    如图1所示，本实施例的有机改性纤维状坡缕石的有机改性方法，包括以下步骤：

步骤1、手选优质纤维状坡缕石矿石、并破碎，得到纤维状坡缕石矿石块状体；

步骤2、将上述纤维状坡缕石矿石块状体制得纤维状坡缕石纤维体；

步骤3、选取100份步骤2中得到的纤维状坡缕石纤维体，高速搅拌下，向其中加入2g硅酸钠，以及适量的去离子水，保持固液比<10%，制得纤维状坡缕石纤维体溶液；

步骤4、向步骤3中的纤维状坡缕石纤维体溶液中加入20份硫酸，是以饱和浓度的硫酸计，即98%的浓硫酸，缓慢搅拌，进行酸改性，然后真空吸虑脱水，漂洗；

步骤5、在常温下，加入10g双十八烷基氯化铵和2g硅酸钠，缓慢搅拌，进行有机改性,静置24h后，脱水；

步骤6、在100℃下进行干燥，得到块状固体；

步骤7、破碎至60目～120目絮状体，得到呈絮状体的成品。

实施例3

    如图1所示，本实施例的有机改性纤维状坡缕石的有机改性方法，包括以下步骤：

步骤1、手选优质纤维状坡缕石矿石、并破碎，得到纤维状坡缕石矿石块状体；

步骤2、将上述纤维状坡缕石矿石块状体制得纤维状坡缕石纤维体；

步骤3、选取100g步骤2中得到的纤维状坡缕石纤维体，高速搅拌下，向其中加入2g硅酸钠，以及适量的去离子水，保持固液比<10%，制得纤维状坡缕石纤维体溶液；

步骤4、向步骤3中的纤维状坡缕石纤维体溶液中加入20份硝酸，是以饱和浓度的硝酸计，即98%的浓硝酸，缓慢搅拌，进行酸改性，然后真空吸虑脱水，漂洗；

步骤5、在常温下，加入10份双十八烷基氯化铵和2g硅酸钠，缓慢搅拌，进行有机改性,静置24h后，脱水；

步骤6、在100℃下进行干燥，得到块状固体；

步骤7、破碎至60目～120目絮状体，得到呈絮状体的成品。

实施例4

将实施例1至实施例3中，步骤3和/或步骤5中的2g六偏磷酸钠或硅酸钠替换为4g，步骤5中的10g十八烷基三甲基氯化铵或双十八烷基氯化铵替换为30g，同样能实现本发明的目的。

实施例5

将实施例1至实施例3中，步骤3和/或步骤5中的2g六偏磷酸钠或硅酸钠替换为5g，步骤5中的10g十八烷基三甲基氯化铵或双十八烷基氯化铵替换为60g，同样能实现本发明的目的。

实施例6

将实施例1至实施例3中，步骤6的干燥温度替换为105℃，同样能实现本发明的目的。

实施例7

将实施例1至实施例3中，步骤6的干燥温度替换为110℃，同样能实现本发明的目的。

加入无机酸的目的，一是，除去矿石中与纤维状坡缕石共生的碳酸盐等杂质，起到提纯纤维状坡缕石的作用；二是，对纤维状坡缕石进行改性，主要表现为纤维间的解离和对阳离子的萃取作用，疏通纤维状坡缕石的孔道，增加纤维状坡缕石的比表面积，进而增加纤维状坡缕石晶体吸附中心和化学吸附性能。季铵盐有机改性的作用主要表现为，季铵盐阳离子通过离子交换吸附与纤维状坡缕石发生作用，使有机物插入纤维状坡缕石微孔结构的内部，使微孔扩大，并且在纤维状坡缕石表面，有机铵根离子能够与纤维状坡缕石形成弱电场，使带有官能团的有机物更容易被吸附，进而提高纤维状坡缕石在有机溶剂中的分散性。经本发明制得的有机改性纤维状坡缕石适用性广，在诸如醇类、苯类等各类极性强弱不同的有机溶剂中都具有良好的分散性和很高的粘度。本发明制得的有机改性纤维状坡缕石的技术参数如下：

          外观        白色或浅黄色

          容积        0.1 g/cm³

                    水份        < 2%

          粒度       （絮状体）60目～120目

          粘度        >4.0 Pa.s (1%，苯或200#溶剂汽油 ）

          灼烧失重    < 40%

          使用溶剂    低、中、高极性有机溶剂

本发明制得的有机改性纤维状坡缕石与国内某著名品牌有机膨润土在有机溶剂中的粘度对比实验结果如下：

                                           精度（7%分散体）/mpa.s

商品名称   外观/形状   粒度%（200目）   二甲苯   白油   丁醇/二甲苯（1：2） 

  XX-27    半白色粉末     ≥95           2100     2400       1000     

  XX-38    半白色粉末     ≥95           2200     4000       600 

 本发明    白色或         ≥70          ≥20000  ≥25000   ≥6000

           浅黄色粉末

本发明的有机改性纤维状坡缕石，先用无机酸进行酸改性，再用季铵盐对其进行有机改性。坡缕石对物质的吸附作用既有物理吸附也有化学吸附，对有机分子主要是以物理吸附为主，对无机离子主要是以化学吸附为主。

以上所述为本发明的具体实施方式，应当指出，基于本发明原理的前提下，由本领域普通技术人员做出的若干变化或改进也视为本发明的保护范围。