專利名稱：一種石磨碾磨解離凹凸棒黏土棒晶束的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凹凸棒黏土棒晶束解離的方法，更具體地說(shuō)是一種通過(guò)石磨碾磨 實(shí)現(xiàn)凹凸棒黏土棒晶聚集體有效解離的方法。
背景技術(shù)：
凹凸棒黏土又名坡縷石或坡縷縞石，是一種具有層鏈狀結(jié)構(gòu)的鎂鋁硅酸鹽，在我 國(guó)儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉。凹凸棒棒晶的晶體呈針狀、纖維狀集合體，單根纖維晶的直徑在 20nm左右，長(zhǎng)度可達(dá)1 μ m,凹凸棒黏土獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其在有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料、鉆井泥漿、 填充材料、功能復(fù)合肥料、制藥、催化、建材、環(huán)保和涂料等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。但由于強(qiáng) 烈的范德華力和氫鍵作用等分子間作用力，凹凸棒棒晶更多以穩(wěn)定的聚集體形式存在。因 此，凹凸棒黏土只是一種納米材料的前驅(qū)體。如何通過(guò)簡(jiǎn)單的處理方法，使凹凸棒棒晶聚集 體得以解離，對(duì)于凹凸棒黏土的進(jìn)一步開發(fā)利用具有重要意義。目前凹凸棒棒晶聚集體解離的方法分為干法和濕法。通過(guò)擠出和球磨等干法處理 方式，借助強(qiáng)大的剪切力，可以實(shí)現(xiàn)凹凸棒棒晶聚集體一定程度的解離，得到無(wú)規(guī)分散的凹 凸棒棒晶。然而，采用這些方法進(jìn)行凹凸棒棒晶聚集體的解離，需要長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)進(jìn)行高強(qiáng)度 的剪切。將凹凸棒黏土分散于水溶液中，通過(guò)超聲或高速機(jī)械攪拌，也可以實(shí)現(xiàn)凹凸棒棒晶 的解離。但處理后的樣品烘干后仍發(fā)生再次聚集問(wèn)題。另外，長(zhǎng)時(shí)間的超聲和高速機(jī)械攪 拌也會(huì)打斷凹凸棒的纖維狀晶體，降低黏土的膠體性能。隨著對(duì)凹凸棒黏土認(rèn)識(shí)的加深和 凹凸棒黏土應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，如何提高凹凸棒棒晶的分散程度，成為進(jìn)一步提高基于凹凸 棒黏土功能材料應(yīng)用的關(guān)鍵制約因素。因此，尋找新的凹凸棒黏土棒晶束解離方法成為關(guān)碾磨技術(shù)是根據(jù)機(jī)械力化學(xué)原理，通過(guò)磨盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的擠壓、剪切和環(huán)向應(yīng)力對(duì) 材料產(chǎn)生強(qiáng)大的分散、混合功能，對(duì)很多難以分散的顆粒、聚合物材料均有較好的分散效 果，可以顯著改善材料的理化性能。目前該技術(shù)主要用于聚合物材料的加工改性方面。為 此，本發(fā)明采用石磨碾磨技術(shù)，通過(guò)簡(jiǎn)單溫和的方式實(shí)現(xiàn)了凹凸棒棒晶的有效解離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是公開一種高效、簡(jiǎn)單的解離凹凸棒黏土棒晶束的技術(shù)，以克服 現(xiàn)有干法和濕法凹凸棒黏土棒晶束解離方法工藝復(fù)雜、能耗大和成本高等缺點(diǎn)。本發(fā)明可以通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明采用石磨碾磨對(duì)凹凸棒黏土進(jìn)行處理，可通過(guò)碾磨過(guò)程中產(chǎn)生的擠壓、剪 切和環(huán)向應(yīng)力，有效實(shí)現(xiàn)凹凸棒黏土棒晶束的解離，改善凹凸棒黏土的理化性能。一種通過(guò)石磨碾磨實(shí)現(xiàn)凹凸棒黏土棒晶束有效解離的方法，其特征在于包括以下 步驟(1)凹凸棒黏土提純凹凸棒黏土加入水中高速攪拌成懸浮液，分層后離心，烘干 得到純化凹凸棒黏土；
(2)石磨碾磨純化凹凸棒黏土進(jìn)行石磨碾磨處理。本發(fā)明將凹凸棒黏土加入水中，在5000-10000rpm高速下攪拌10-60min，配置成 5-15g/L懸浮液，靜置分層后1000-3000rpm離心10-30min，105°C烘干得到純化凹凸棒黏土。凹凸棒黏土高速攪拌后，可以借助超聲手段進(jìn)一步進(jìn)行分散；離心分離后的凹凸 棒黏土可進(jìn)行冷凍-解凍過(guò)程；2種手段的協(xié)同作用，可進(jìn)一步提升凹凸棒黏土棒晶束解離 效果。本發(fā)明純化凹凸棒黏土在10_200rpm的條件下進(jìn)行石磨碾磨處理，石磨的直徑 在30-100cm，處理次數(shù)1-10次。石磨碾磨過(guò)程中磨盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大擠壓、剪切和環(huán)向應(yīng) 力對(duì)具有棒狀結(jié)構(gòu)的凹凸棒黏土晶體具有很好的解離作用。隨石磨碾磨次數(shù)的增加，在電 鏡下可觀察到凹凸棒黏土棒晶聚集體解離效果更明顯，比表面積增大進(jìn)一步佐證了解離效 果，因而凹凸棒黏土的膠體性和流變性等性能明顯改善。本發(fā)明的石磨碾磨還可處理包括酸處理、熱處理、離子交換和有機(jī)化處理后的凹 凸棒黏土。凹凸棒黏土經(jīng)上述方法處理后，可改變理化性能，在此基礎(chǔ)上再經(jīng)石磨碾磨處 理，不僅可增加比表面積，還可有效解離棒晶束。本發(fā)明的凹凸棒黏土還可與包括十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉和苯磺 酸鈉在內(nèi)的改性劑一起進(jìn)行石磨碾磨處理，實(shí)現(xiàn)凹凸棒黏土棒晶束解離的同時(shí)，得到改性 凹凸棒黏土，可直接作為功能填充材料。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)①在了解凹凸棒黏土微觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首次以石磨碾磨 技術(shù)的擠壓、剪切和環(huán)向應(yīng)力，對(duì)凹凸棒黏土的棒狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行解離，實(shí)現(xiàn)了凹凸棒黏土棒晶 聚集體的有效解離；②解離后的凹凸棒黏土，其比表面積增大，吸附性能明顯改善，對(duì)重金 屬離子的吸附容量可提高2-4倍；③石磨碾磨已有專門設(shè)備，該方法高效、環(huán)保、成本低廉， 碾磨后的凹凸棒黏土可直接使用，無(wú)需干燥和粉碎等后處理工藝。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:將凹凸棒黏土加入水中，在6000rpm高速下攪拌20min，配置成10g/L的懸浮液，靜 置12h分層后IOOOrpm離心30min，105°C烘干得到純化凹凸棒黏土。純化凹凸棒黏土在直 徑為50cm的石磨上以50rpm的速度進(jìn)行碾磨處理，連續(xù)碾磨3次。流變性和形貌分析表明， 碾磨后的凹凸棒黏土棒晶聚集體得到很好的解離，單根纖維晶的平均直徑在15nm左右，長(zhǎng) 度可達(dá)1 μ m。該處理凹凸棒黏土樣品對(duì)鉛離子的吸附量比未處理提高1. 6倍。實(shí)施例2:將凹凸棒黏土加入0. lmol/L的鹽酸溶液中，在IOOOOrpm高速下攪拌lOmin，配置 成5g/L的懸浮液，靜置12h分層后3000rpm離心30min，105°C烘干得到純化凹凸棒黏土。 純化凹凸棒黏土在直徑為50cm的石磨上以SOrpm的速度進(jìn)行碾磨處理，連續(xù)碾磨5次。流 變性和形貌分析表明，碾磨后的凹凸棒黏土棒晶聚集體得到很好的解離，單根纖維晶的平 均直徑在13nm左右，長(zhǎng)度可達(dá)0.92μπι。該處理凹凸棒黏土樣品對(duì)鉛離子的吸附量比未處 理提高2. 1倍。實(shí)施例3:
將凹凸棒黏土加入水中，在SOOOrpm高速下攪拌30min，配置成8g/L的懸浮液，靜 置12h分層后2000rpm離心20min，105°C烘干得到純化凹凸棒黏土。純化凹凸棒黏土在直徑 為50cm的石磨上以120rpm的速度進(jìn)行碾磨處理，連續(xù)碾磨9次。流變性和形貌分析表明， 碾磨后的凹凸棒黏土棒晶聚集體得到很好的解離，單根纖維晶的平均直徑在12nm左右，長(zhǎng) 度可達(dá)0. 83 μ m。該處理凹凸棒黏土樣品對(duì)鉛離子的吸附量比未處理提高2. 3倍。實(shí)施例4 將凹凸棒黏土加入水中，在7000rpm高速下攪拌20min，配置成8g/L的懸浮液，靜 置12h分層后1500rpm離心30min，105°C烘干得到純化凹凸棒黏土。純化凹凸棒黏土與十六 烷基三甲基溴化銨以95 5的重量比混合均勻，在直徑為50cm的石磨上以150rpm的速度 進(jìn)行碾磨處理，連續(xù)碾磨3次。流變性和形貌分析表明，碾磨后的凹凸棒黏土棒晶聚集體得 到很好的解離，單根纖維晶的平均直徑在13nm左右，長(zhǎng)度可達(dá)0. 92 μ m。該處理凹凸棒黏土 樣品對(duì)鉛離子的吸附量比未處理提高2. 8倍。實(shí)施例5 將凹凸棒黏土加入水中，在5000rpm高速下攪拌30min，配置成10g/L的懸浮液，靜 置12h分層后2000rpm離心20min，將樣品置于_18°C的冷柜中冷凍12h后在105°C烘干得 到純化凹凸棒黏土。純化凹凸棒黏土在直徑為50cm的石磨上以90rpm的速度進(jìn)行碾磨處 理，連續(xù)碾磨2次。流變性和形貌分析表明，碾磨后的凹凸棒黏土棒晶聚集體得到很好的解 離，單根纖維晶的平均直徑在14nm左右，長(zhǎng)度可達(dá)0. 95 μ m。該處理凹凸棒黏土樣品對(duì)鉛離 子的吸附量比未處理提高3. 1倍。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)石磨碾磨實(shí)現(xiàn)凹凸棒黏土棒晶束有效解離的方法，其特征在于包括以下步 驟(1)凹凸棒黏土提純凹凸棒黏土加入水中高速攪拌成懸浮液，分層后離心，烘干得到 純化凹凸棒黏土；(2)石磨碾磨純化凹凸棒黏土進(jìn)行石磨碾磨處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將凹凸棒黏土加入水中，在 5000-10000rpm高速下攪拌10_60min，配置成5_15g/L懸浮液，靜置分層后1000-3000rpm 離心10-30min，105°C烘干得到純化凹凸棒黏土。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于純化凹凸棒黏土在10-200rpm的條件下 進(jìn)行石磨碾磨處理，石磨的直徑在30-100cm，處理次數(shù)1-10次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于純化凹凸棒黏土可與冷凍-解凍或超聲 等其它方法相結(jié)合，利用不同方法間的協(xié)同作用，進(jìn)一步提升凹凸棒黏土棒晶束解離效果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該石磨碾磨還可處理包括酸處理、熱處 理、離子交換和有機(jī)化處理后的凹凸棒黏土。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于凹凸棒黏土還可與包括十六烷基三甲基 溴化銨、十二烷基硫酸鈉和苯磺酸鈉在內(nèi)的改性劑一起進(jìn)行石磨碾磨處理，實(shí)現(xiàn)凹凸棒黏 土棒晶束解離的同時(shí)，得到改性凹凸棒黏土。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種凹凸棒黏土棒晶束解離的方法，更具體地說(shuō)是一種通過(guò)石磨碾磨技術(shù)實(shí)現(xiàn)凹凸棒黏土棒晶束聚集體有效解離的方法。通過(guò)石磨碾磨產(chǎn)生的剪切力和環(huán)向應(yīng)力，可迅速破壞凹凸棒黏土棒晶束內(nèi)的分子間作用力，實(shí)現(xiàn)棒晶束的有效解離，達(dá)到納米級(jí)的分散程度，改善其理化性能。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單易行，成本低廉，易于規(guī)模生產(chǎn)，經(jīng)該工藝處理的凹凸棒黏土其吸附性能可提高2-4倍。
文檔編號(hào)B02C7/00GK102101675SQ20091011774
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者張俊平, 楊效和, 王愛(ài)勤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所