專利名稱：一種納米高嶺土粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分散的粘土礦物質(zhì)，尤其是涉及一種納米高嶺土粉體及其制備方法。
背景技術(shù)：
高嶺土是一種重要的非金屬礦物原料，其因原料充足、價格便宜，廣泛應(yīng)用在陶瓷、造紙、橡膠、塑料、涂料、催化劑、油墨等工業(yè)領(lǐng)域。高嶺土主要由高嶺石礦物組成，高嶺石是一種含水層狀硅酸鹽礦物，其結(jié)構(gòu)是由一層硅氧四面體和鋁氧八面體在垂向上相互交替而成。
目前高嶺土的開發(fā)應(yīng)用向著高白度、超微細(xì)化、有機(jī)復(fù)合改性方向發(fā)展，高嶺土的超微細(xì)化技術(shù)主要有干法的超細(xì)粉碎和濕法的剝片方法。干法超細(xì)粉碎主要采用機(jī)械沖擊或高速氣流下粉體顆粒相互碰撞的原理，但由于顆粒愈細(xì)，其表面能愈高，容易發(fā)生團(tuán)聚，產(chǎn)生二次聚集顆粒，因而不能得到很細(xì)的粒度。工業(yè)上用于法超細(xì)粉碎得到的高嶺土的粒度通常為1250目(10微米)。濕法剝片是在磨礦介質(zhì)的作用下，利用高嶺石本身的層狀結(jié)構(gòu)及其層間引力小的特點(diǎn)，進(jìn)行剝離，使塊狀晶體聚集體或堆疊物分離成薄片狀，利用此種方法可以剝離成小于2微米的薄片，因此廣泛應(yīng)用于造紙高嶺土的生產(chǎn)。目前在工業(yè)化生產(chǎn)的高嶺土粉體產(chǎn)品中，最細(xì)的高嶺土粉體為小于2微米的粒級占總量90％以上的產(chǎn)品，沒有納米級高嶺土產(chǎn)品的報(bào)道。
目前納米粘土在世界上是一個研究熱點(diǎn)，這方面比較典型的是日本豐田中央研究所開發(fā)研制并已工業(yè)化的尼龍6/層狀蒙脫土納米復(fù)合材料。Mehrotra和Gianelis(Mehrotra V，Gianelis E P.Polymer based molecular composites，Edited by Shaefer D Wand Mark J EMater Res Soc Proc，171，Pittsburgh，PA 1990)提出了插層原位聚合制備聚合物有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合材料的概念，即聚合物單體(客體)插入到具有層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽粘土(主要為蒙脫石)主體中，在層狀粘土礦物層間聚合，形成二維有序納米復(fù)合材料，這是目前制備納米粘土復(fù)合材料的重要方法。我國雖然也有不少人進(jìn)行這方面的研究，但多進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究，僅中國科學(xué)院化學(xué)研究所成功地制備出聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料，并用于塑料的工業(yè)化生產(chǎn)。在申請?zhí)?1109844.9和申請?zhí)?1109845.7中公開了蒙脫土經(jīng)陽離子交換劑處理，利用插層聚合的方法制備聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料。
從國內(nèi)外納米粘土的研究和生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，大都以蒙脫石作為生產(chǎn)納米粘土的原料，但由于插層、有機(jī)化等加工處理技術(shù)方法比較復(fù)雜，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，使其推廣應(yīng)用受到限制，這也是目前世界上納米粘土生產(chǎn)量較低的原因。
由于高嶺土原料充足、價格便宜，可以選擇有價格優(yōu)勢的高嶺土作為納米粘土材料，但現(xiàn)有的高嶺土干法超細(xì)粉碎和濕法超細(xì)剝片技術(shù)，主要利用機(jī)械力的作用達(dá)到顆粒微細(xì)化的目的，由于顆粒愈細(xì)小，其表面能就越高，并且表面斷鍵也越多，顆粒團(tuán)聚化作用也就越明顯，因此依靠機(jī)械力的超微細(xì)化技術(shù)難以生產(chǎn)納米級的高嶺土。利用層間聚合的方法目前可以生產(chǎn)納米粘土/聚合物復(fù)合材料，然而原料多為蒙脫石粘土為原料，由于高嶺土本身層間結(jié)構(gòu)造成層間域不活潑，層間膨脹不大，難以完成層間聚合；如何經(jīng)過一定的工藝處理，使高嶺土粉體達(dá)到納米量級是目前極待解決的技術(shù)問題，因?yàn)榧{米高嶺土粉體的制備可以更好地拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，除可以應(yīng)用于有機(jī)高分子聚合物外，還可以用于造紙、油墨、陶瓷、涂料等領(lǐng)域，因此具有更廣闊的應(yīng)用價值。
由于高嶺土具有比蒙脫石粘土高的白度、晶層表面具電荷中性(蒙脫石晶層具較高的負(fù)電荷)以及高嶺土粘土礦床通常比蒙脫石粘土礦床含雜質(zhì)少，因此利用前者生產(chǎn)納米粘土比利用后者具有更大的優(yōu)勢，例如可以更好地用于白色或淺色橡膠和塑料、白色和淺色涂料，以及成本低廉等。
此外，目前利用層間聚合或剝離的方法，實(shí)際上是在有機(jī)化合物聚合過程中使粘土納米化，它是一種復(fù)合納米材料，也就是說在有機(jī)化合物聚合之前并沒有形成納米粘土粉體，因此嚴(yán)格來講目前世界上并沒有納米粘土粉體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品，該產(chǎn)品能達(dá)到納米量級，易于分散，而且白度高，可廣泛用于橡膠、塑料、造紙、油墨、陶瓷等生產(chǎn)領(lǐng)域。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種納米高嶺土粉體的制備方法，該方法成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
粘土礦物由于其天然的微粒質(zhì)點(diǎn)性，因此有些特殊成因的粘土顆粒粒徑位于納米量級，然而由于粘土中含有一些雜質(zhì)，例如極其微細(xì)的含鐵、鈦礦物等，以及顆粒表面電荷的作用，使粘土片呈現(xiàn)面-面，或點(diǎn)-面、或邊-面接觸，形成粘土聚集體，采用常用的方法難以使之分散，因此天然的微細(xì)質(zhì)點(diǎn)狀粘土礦物并沒有納米級效應(yīng)。本發(fā)明利用某些特殊成因高嶺土的天然微粒性，根據(jù)高嶺石的晶體表面特性(例如其表面具中性電荷，比蒙脫石粘結(jié)性低等)，采用特殊的化學(xué)處理方法，使高嶺石晶片分離成高度分散的納米級薄片。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品，其特征在于納米高嶺土的松散密度為0.03g/cm3～0.09g/cm3，納米高嶺土粘土片的平均厚度為20納米～70納米，平均直徑為400納米～800納米。
本發(fā)明優(yōu)選的納米高嶺土的松散密度為0.03g/cm3～0.06g/cm3，納米高嶺土粘土片的平均厚度為20納米～50納米，平均直徑為400納米～600納米。
所述的松散密度是指在自然堆積松散狀態(tài)(無壓實(shí)或敦實(shí)作用)下單位體積粉體的質(zhì)量，納米高嶺土粘土片的平均厚度和平均直徑可在透視電鏡或掃描電鏡下測試。
根據(jù)納米材料的定義，納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1納米～100納米)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。按維數(shù)可分為(1)零維納米材料，指在空間上三維尺度均在納米尺度；(2)一維納米材料，指在空間有兩維處于納米尺度；(3)二維納米材料，指在三維空間有一維在納米尺度(張立德和牟季美，2002，納米材料和納米結(jié)構(gòu)，第6頁，科學(xué)出版社)。由于本發(fā)明產(chǎn)品高嶺石片的厚度位于納米量級，因此將此產(chǎn)品稱為納米高嶺土粉體，為二維層狀納米材料。
本發(fā)明以一種特殊成因的微粒質(zhì)點(diǎn)狀高嶺石粘土為原料，首先制成一定濃度的泥漿，加入適當(dāng)?shù)姆稚怪浞址稚?；通過高梯度磁選，除去鐵、鈦等雜質(zhì)；利用化學(xué)還原的方法提高其白度；最后加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣└淖兏邘X石粘土片表面的電性，使之表面均勻地呈現(xiàn)相同的電性，從而使其微粒質(zhì)點(diǎn)狀粘土片達(dá)到單個相互分離，不再聚集形成集合體。由于高嶺石晶層表面電荷呈中性，再加上該發(fā)明對其表面性質(zhì)均勻的修飾和處理，因而采用本發(fā)明的方法可以生產(chǎn)高度分散的納米高嶺土粉體。
為實(shí)現(xiàn)另一發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品的制備方法，其特征在于，包含下列步驟1)隱晶質(zhì)高嶺石粘土原料，加入水和分散劑進(jìn)行攪拌，制成泥漿；2)泥漿通過高梯度磁選機(jī)進(jìn)行磁選；3)將磁選后的泥漿調(diào)整pH值至2～5，再加入還原劑和螯合劑進(jìn)行攪拌，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)脫水、洗滌得濾餅；4)將上述洗滌后的濾餅加水制成漿料，然后攪拌加入表面活性劑；5)最后經(jīng)烘干打散，得到松散密度為0.03g/cm3～0.09g/cm3，納米高嶺土粘土片的平均厚度為20納米～70納米，平均直徑為400納米～800納米的納米高嶺土粉體產(chǎn)品。
本發(fā)明使用的原料是一種低能靜水環(huán)境中形成的微粒高嶺石粘土，屬于隱晶質(zhì)高嶺石粘土，包括沉積型的軟質(zhì)的微粒質(zhì)點(diǎn)狀高嶺土和硬質(zhì)燧石粘土。對于硬質(zhì)燧石粘土，由于原料堅(jiān)硬致密，不易分散，因而可先利用通用的磨剝機(jī)將其剝片，制成泥漿。
當(dāng)本發(fā)明所用原料為硬質(zhì)燧石粘土?xí)r，步驟1)還可為硬質(zhì)燧石粘土中加入水和分散劑進(jìn)行攪拌，用磨剝機(jī)將其剝片，再加水進(jìn)行攪拌，制成泥漿；所述的攪拌速度為400轉(zhuǎn)/分～600轉(zhuǎn)/分，所述磨剝機(jī)磨剝時間為1小時～1.5小時，磨剝時泥漿的濃度控制在40％～60％之間。
本發(fā)明所述的一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品的制備方法，其中，步驟1)中所述的分散劑的加入量為粘土重量的0.1％～0.6％，其優(yōu)選的加入量為粘土重量的0.1％～0.5％，所述的分散劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、硅酸鈉、聚丙烯酰鈉或丙烯酰鈉等中的一種，其優(yōu)選的為六偏磷酸鈉、硅酸鈉和聚丙烯酰鈉中的一種；攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分～1000轉(zhuǎn)/分，攪拌時間為10分鐘～40分鐘，所述的泥漿濃度為15％～30％；步驟2)中所述的高梯度磁選機(jī)的磁場強(qiáng)度為1.5特斯拉～2特斯拉，磁化時間為90秒～240秒；步驟3)中選用濃度為30％～40％的酸性物質(zhì)調(diào)整pH值，所述酸性物質(zhì)為硫酸、檸檬酸、草酸或乙酸中的一種，加入過程中可用酸度計(jì)隨時測量pH值，直到達(dá)到所需數(shù)值；所述的還原劑為連二亞硫酸鈉、連二亞硫酸鋅、亞硫酸鈉等中的一種，其優(yōu)選的為連二亞硫酸鈉，加入量為粘土重量的0.02％～3％，所述的螯合劑為乙酸、檸檬酸、檸檬酸鹽、氨基羧酸鹽、三聚磷酸鈉等中的一種，其優(yōu)選的為氨基羧酸鹽、三聚磷酸鈉、檸檬酸鹽中的一種，所述的檸檬酸鹽為檸檬酸鈉、檸檬酸鋅和檸檬酸鈣中的一種，所述的氨基羧酸鹽為氨基羧酸鈉、氨基羧酸鋅和氨基羧酸鈣中的一種，加入量為粘土重量的1％～5％，螯合劑可與還原劑同時加入，也可以在還原劑加入10分鐘～50分鐘后加入，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分～800轉(zhuǎn)/分，反應(yīng)時間為0.5小時～3小時，所述的脫水和洗滌可在板框壓濾機(jī)或真空過濾機(jī)上進(jìn)行，洗滌至過濾溶液pH6.5-7.5。
步驟4)中所述的漿料的濃度為20％～60％，所述的表面活性劑的加入量為粘土重量的0.1％～3％，表面活性劑為有機(jī)羧酸物質(zhì)、烴類化合物、硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸脂偶聯(lián)劑等中的至少一種；有機(jī)羧酸物質(zhì)為軟脂酸、硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、亞麻酸等中的一種，其用量為粘土重量的0.1％～3％，烴類物質(zhì)為液體石蠟、氯化石蠟和氯代烴等中的一種，其用量為粘土重量的0.1％～3％；硅烷偶聯(lián)劑為3-(2-氨乙基)-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(2-氨乙基)-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、3-巰丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一種，其優(yōu)選的為乙烯基三甲氧基硅烷、3-巰丙基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一種。鈦酸脂偶聯(lián)劑為異丙基三甲基丙烯?；佀嶂?、異丙基三丙烯?；佀嶂?、異丙基三異硬酯?；佀嶂戎械囊环N，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分～800轉(zhuǎn)/分，攪拌時間為0.5小時～2小時；步驟5)中所述的烘干溫度為100℃～200℃，時間為5小時～10小時，在1000轉(zhuǎn)/分～3000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)、打散機(jī)或高速機(jī)械沖擊式磨機(jī)中進(jìn)行打散，時間為1分鐘～5分鐘。
本發(fā)明中步驟2)中通過高梯度磁選機(jī)進(jìn)行磁選的目的是為了除去鐵、鈦等雜質(zhì)。
本發(fā)明中步驟3)中加入還原劑的作用是將三價鐵還原成二價鐵進(jìn)入溶液，加入螯合劑是使鐵與螯合劑作用后形成有機(jī)金屬復(fù)合體，具有更大的溶解度和遷移能力，從而使鐵在洗滌的過程中脫離粘土表面，更大程度地脫去。
本發(fā)明中步驟4)中加入表面活性劑的目的是對其表面進(jìn)行電性處理及有機(jī)化改性。
本發(fā)明所采用的設(shè)備，如磨剝機(jī)、高梯度磁選機(jī)、高速攪拌機(jī)、打散機(jī)、高速機(jī)械沖擊式磨機(jī)、板框壓濾機(jī)或真空過濾機(jī)，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，常用設(shè)備。
本發(fā)明的一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品為二維層狀納米材料，可使復(fù)合材料產(chǎn)品具有高的強(qiáng)度、光澤度、穩(wěn)定性和分散性，與現(xiàn)有的納米粘土復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)相比，利用該技術(shù)生產(chǎn)的納米粘土成本低，并且可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；同時納米高嶺土粉體產(chǎn)品用途廣泛，除用于橡膠和塑料等高分子聚合物材料作增強(qiáng)作用外，還可以用于高光澤紙張涂布土。用于油墨，使其具有高度分散和穩(wěn)定性能。用于陶瓷釉料，具有高度分散性和懸浮性，并具有良好的光澤和感官性能。
具體實(shí)施例方式
以下是本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明給出的實(shí)施例是為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施例方案，而不是用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。白度的檢測方法，按GB5950標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
實(shí)施例1選擇以湖泊環(huán)境中形成的微粒質(zhì)點(diǎn)狀軟質(zhì)高嶺土為原料，其自然白度為79％；首先將500g重量的細(xì)粒軟質(zhì)高嶺土原料加2000毫升水?dāng)嚢瑁瑫r加入1克六偏磷酸鈉分散劑，攪拌速度為800轉(zhuǎn)/分，攪拌時間為10分鐘，制成20％濃度的泥漿；再通過磁場強(qiáng)度為2特斯拉的高梯度磁選機(jī)，磁化作用時間為120秒；然后加入濃度為30％的硫酸調(diào)節(jié)泥漿的pH值至2，邊以300轉(zhuǎn)/分的速度攪拌，邊加入連二硫酸鈉，加入量為粘土重量的0.05％，同時加入氨基羧酸鈉，加入量為粘土重量的2％，反應(yīng)50分鐘，反應(yīng)過程中不斷攪拌，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分。反應(yīng)結(jié)束后在真空過濾機(jī)上過濾、脫水，加入20倍的水洗滌至濾液pH＝7。然后再將濾餅加水制成濃度為40％的泥漿，加入粘土重量1％的硬脂酸和粘土重量0.3％的液體石蠟，攪拌速度為600轉(zhuǎn)/分，攪拌30分鐘。然后在120℃烘干5小時。在速度為3000轉(zhuǎn)/分的高速粉碎機(jī)上進(jìn)行粉碎打散，1.5分鐘后即可得到松散密度為0.063g/cm3，片的平均厚度為50納米，平均直徑為500納米，白度為85％的納米高嶺土粘土產(chǎn)品。以后隨著粉碎時間的增長，松散密度基本穩(wěn)定在0.063g/cm3～0.065g/cm3之間，說明該產(chǎn)品基本沒有凝聚現(xiàn)象。
對比例采用實(shí)施例1所用原料100g，在轉(zhuǎn)速為24000轉(zhuǎn)/分的高速粉碎機(jī)上對其進(jìn)行粉碎，粉碎5分鐘后得到松散密度為0.3g/cm3的粉體，之后繼續(xù)對其粉碎5分鐘，則松散密度增加至0.41g/cm3，粉碎10分鐘，松散密度增加至0.53g/cm3，這說明利用常規(guī)的機(jī)械粉碎方法仍產(chǎn)生大量的聚集體。
實(shí)施例2選擇20公斤325目的燧石粘土原料，其自然白度為73％。在攪拌池中加水制成50％濃度的泥漿，加入100克(0.5％粘土重量)聚丙烯酰鈉分散劑，不斷攪拌，攪拌速度為600轉(zhuǎn)/分，利用通用的磨剝機(jī)對原料進(jìn)行剝片，磨剝時間1小時。將剝片后的50％濃度的泥漿，再加入水調(diào)成25％濃度的泥漿，以1000轉(zhuǎn)/分的速度不斷攪拌，攪拌時間為20分鐘；再通過磁場強(qiáng)度為1.5特斯拉的高梯度磁選機(jī)，磁化作用時間為240秒；然后加入濃度為35％的檸檬酸調(diào)節(jié)泥漿的pH值為4.5，然后先加入300克(1.5％粘土重量)亞硫酸鈉還原劑，25分鐘后加入400克(2％粘土重量)的三聚磷酸鈉螯合劑，并不斷攪拌，攪拌速度可控制在300轉(zhuǎn)/分，避免強(qiáng)烈攪拌產(chǎn)生過多的氣泡；反應(yīng)80分鐘后，經(jīng)板框壓濾機(jī)脫水過濾并用清水洗滌成pH＝6.8。然后將濾餅再制成20％的泥漿，以500轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌，并加入0.5％的亞麻酸、1％的乙烯基三甲氧基硅烷和0.3％的氯化石蠟；反應(yīng)2小時后，在150℃溫度烘干8小時。最后在轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分的打散機(jī)上打散，3分鐘后可得到松散密度為0.09g/cm3，片的平均厚度為70納米，平均直徑為800納米，白度為81％的納米高嶺土粘土產(chǎn)品。
實(shí)施例3選擇軟質(zhì)高嶺土為原料，其自然白度為75％。首先將3公斤重量的高嶺土原料加入0.3％的三聚磷酸鈉分散劑，加水，進(jìn)行攪拌，攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分，攪拌時間為40分鐘，制成15％濃度的泥漿；再通過磁場強(qiáng)度為1.8特斯拉的高梯度磁選機(jī)，磁化作用時間為1.5分鐘；然后加入40％濃度的草酸調(diào)節(jié)泥漿的pH值為3，然后先加入15克(0.5％粘土重量)的連二亞硫酸鋅還原劑，10分鐘后加入30克(1％粘土重量)的乙酸螯合劑，并不斷攪拌，攪拌速度為800轉(zhuǎn)/分，避免強(qiáng)烈攪拌產(chǎn)生過多的氣泡。反應(yīng)150分鐘后，脫水過濾并用清水洗滌成pH＝7.2。然后濾餅再制成50％的泥漿，然后加入0.2％的硬脂酸鋅、1.5％的異丙基三甲基丙烯?；佀嶂?.3％的3-巰丙基三甲氧基硅烷，以300轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌，攪拌1小時，然后在200℃烘干10小時，最后在高速粉碎機(jī)上打散，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，4分鐘后可得到松散密度為0.03g/cm3，片的平均厚度為30納米，平均直徑為300納米，白度為82％的納米高嶺土粘土產(chǎn)品。
實(shí)施例4選擇325目燧石粘土原料1公斤，其自然白度為71％。首先加水制成50％濃度的泥漿，加入4克(0.4％粘土重量)硅酸鈉分散劑，不斷攪拌，攪拌速度為400轉(zhuǎn)/分。利用磨剝機(jī)剝片，使原料中的高嶺石聚集體分離，磨剝時間1.5小時。磨剝后再加入水調(diào)成30％濃度的泥漿，以600轉(zhuǎn)/分的速度不斷攪拌，攪拌時間為30分鐘；再通過磁場強(qiáng)度為1.6特斯拉的高梯度磁選機(jī)，磁化作用時間為120秒；然后加入濃度為30％的乙酸調(diào)節(jié)泥漿的pH值為5，然后先加入30克(3％粘土重量)的亞硫酸鈉還原劑，50分鐘后加入20克(2％粘土重量)的檸檬酸鈉螯合劑，并不斷攪拌，攪拌速度可控制在600轉(zhuǎn)/分，反應(yīng)180分鐘后，脫水過濾并用清水洗滌成pH＝6.5。然后濾餅再制成60％的泥漿，以800轉(zhuǎn)/分的攪拌速度攪拌，并加入3％的硬脂酸鈣，反應(yīng)1.5小時后，在180℃溫度烘干6小時。最后在轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分的打散機(jī)上打散，5分鐘后可得到松散密度為0.05g/cm3，片的平均厚度為20納米，平均直徑為400納米，白度為85％的納米高嶺土粘土產(chǎn)品。
實(shí)施例5-10下面以列表的形式，詳細(xì)描述實(shí)施例5-10所述納米高嶺土粘土產(chǎn)品的制備過程，表中所指加入量為粘土重量百分?jǐn)?shù)。
表1納米高嶺土粘土產(chǎn)品的制備


其中實(shí)施例6、實(shí)施例7中原料先加水和分散劑進(jìn)行攪拌并用磨剝機(jī)進(jìn)行剝片，實(shí)施例6攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分，磨剝時間為1小時，加水制成濃度為60％，實(shí)施例7攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分，磨剝時間為80分鐘，加水制成濃度為40％。
應(yīng)用實(shí)施例利用本發(fā)明研制的納米高嶺土產(chǎn)品，進(jìn)行填充丁苯橡膠補(bǔ)強(qiáng)性能實(shí)驗(yàn)，并與對比例制成的高嶺土產(chǎn)品做了比較。橡膠實(shí)驗(yàn)配方為SBR1500 300份，S 5-25份，SA 3份，ZnO 9份，填料(實(shí)施例1-4、對比例高嶺土)150份，NS 3份。實(shí)驗(yàn)在北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院物理化學(xué)檢測中心進(jìn)行。試驗(yàn)采用無轉(zhuǎn)子硫化儀，硫化溫度153℃，硫化時間25分鐘。試驗(yàn)結(jié)果如下表2 填充丁苯橡膠對比試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明(見表2)，在對橡膠填充改性時，本發(fā)明的納米高嶺土粉體產(chǎn)品比對比例中的超細(xì)高嶺土粉體填料在扯斷伸長率、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和磨耗等機(jī)械物理性能方面具有明顯的補(bǔ)強(qiáng)性能，顯示出納米材料的突變效應(yīng)，因此具有極大的應(yīng)用價值和市場前景。
盡管對本發(fā)明已作了詳細(xì)的說明并引證了一些具體實(shí)例，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。
權(quán)利要求
1.一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品，其特征在于納米高嶺土的松散密度為0.03g/cm3～0.09g/cm3，納米高嶺土粘土片的平均厚度為20納米～70納米，平均直徑為400納米～800納米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品，其特征在于納米高嶺土的松散密度為0.03g/cm3～0.06g/cm3，納米高嶺土粘土片的平均厚度為20納米～50納米，平均直徑為400納米～600納米。
3.權(quán)利要求1所述的一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品的制備方法，其特征在于，包含下列步驟1)取隱晶質(zhì)高嶺石粘土原料，加入水和分散劑進(jìn)行攪拌，制成泥漿；2)泥漿通過高梯度磁選機(jī)進(jìn)行磁選；3)將磁選后的泥漿調(diào)整pH值至2～5，再加入還原劑和螯合劑進(jìn)行攪拌，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)脫水、洗滌得濾餅；4)將上述洗滌后的濾餅加水制成漿料，然后攪拌加入表面活性劑；5)最后經(jīng)烘干打散，得到松散密度為0.03g/cm3～0.09g/cm3，納米高嶺土粘土片的平均厚度為20～70納米，平均直徑為400～800納米的納米高嶺土粉體產(chǎn)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品的制備方法，其特征在于，所述的隱晶質(zhì)高嶺石粘土原料包括沉積型的軟質(zhì)微粒質(zhì)點(diǎn)狀高嶺土和硬質(zhì)燧石粘土。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品的制備方法，其特征在于，當(dāng)所用原料為硬質(zhì)燧石粘土?xí)r，步驟1)還可為硬質(zhì)燧石粘土中加入水和分散劑進(jìn)行攪拌，用磨剝機(jī)將其剝片，再加水進(jìn)行攪拌，制成泥漿；所述的攪拌速度為400轉(zhuǎn)/分～600轉(zhuǎn)/分，所述磨剝機(jī)磨剝時間為1小時～1.5小時，磨剝時泥漿的濃度控制在40％～60％之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述的分散劑的加入量為粘土重量的0.1％～0.6％，其優(yōu)選的加入量為粘土重量的0.1％～0.5％，所述的分散劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、硅酸鈉、聚丙烯酰鈉或丙烯酰鈉中的一種，其優(yōu)選的為六偏磷酸鈉、硅酸鈉或聚丙烯酰鈉中的一種；攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分～1000轉(zhuǎn)/分，攪拌時間為10分鐘～40分鐘，所述的泥漿濃度為15％～30％。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述的高梯度磁選機(jī)的磁場強(qiáng)度為1.5特斯拉～2特斯拉，磁化時間為90秒～240秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品的制備方法，其特征在于，步驟3)中選用濃度為30％～40％的酸性物質(zhì)調(diào)整pH值，所述酸性物質(zhì)為硫酸、檸檬酸、草酸或乙酸中的一種，所述的還原劑為連二亞硫酸鈉、連二亞硫酸鋅、亞硫酸鈉中的一種，其優(yōu)選的為連二亞硫酸鈉，加入量為粘土重量的0.02％～3％，所述的螯合劑為乙酸、檸檬酸、檸檬酸鹽、氨基羧酸鹽、三聚磷酸鈉中的一種，其優(yōu)選的為氨基羧酸鹽、三聚磷酸鈉、檸檬酸鹽中的一種，所述的檸檬酸鹽為檸檬酸鈉、檸檬酸鋅、檸檬酸鈣中的一種，所述的氨基羧酸鹽為氨基羧酸鈉、氨基羧酸鋅和氨基羧酸鈣中的一種，加入量為粘土重量的1％～5％，螯合劑可與還原劑同時加入，也可以在還原劑加入10分鐘～50分鐘后加入，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分～800轉(zhuǎn)/分，反應(yīng)時間為0.5小時～3小時，所述的脫水和洗滌可在板框壓濾機(jī)或真空過濾機(jī)上進(jìn)行，洗滌至過濾溶液PH6.5-7.5 。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品的制備方法，其特征在于，步驟4)中所述的漿料的濃度為20％～60％，所述的表面活性劑的加入量為粘土重量的0.1％～3％，表面活性劑為有機(jī)羧酸物質(zhì)、烴類化合物、硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸脂偶聯(lián)劑中的至少一種；有機(jī)羧酸物質(zhì)為軟脂酸、硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、亞麻酸中的一種，其用量為粘土重量的0.1％～3％，烴類物質(zhì)為液體石蠟、氯化石蠟和氯代烴中的一種，其用量為粘土重量的0.1％～3％，硅烷偶聯(lián)劑為3-(2-氨乙基)-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(2-氨乙基)-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、3-巰丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一種，其優(yōu)選的為乙烯基三甲氧基硅烷、3-巰丙基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，鈦酸脂偶聯(lián)劑為異丙基三甲基丙烯?；佀嶂?、異丙基三丙烯?；佀嶂虍惐愑蝉ヵ；佀嶂械囊环N，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分～800轉(zhuǎn)/分，攪拌時間為0.5小時～2小時。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米高嶺土粉體產(chǎn)品的制備方法，其特征在于，步驟5)中所述的烘干溫度為100℃～200℃，時間為5小時～10小時，在1000轉(zhuǎn)/分～3000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)、打散機(jī)或高速機(jī)械沖擊式磨機(jī)中進(jìn)行打散，時間為1分鐘～5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米高嶺土粉體及其制備方法，其特征在于納米高嶺土的松散密度為0.03g/cm
文檔編號C09C3/00GK1510088SQ0215819
公開日2004年7月7日 申請日期2002年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月24日
發(fā)明者劉欽甫 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京校區(qū))