有機改性纖維狀坡縷石及其有機改性方法
2023-07-09 12:32:51
專利名稱：有機改性纖維狀坡縷石及其有機改性方法
技術領域：
本發明涉及吸附材料的製備技術領域，具體地說是有機改性纖維狀坡縷石及其有機改性方法。
背景技術：
坡縷石(又稱凹凸棒石)礦產資源是含水富鎂鋁的矽酸鹽礦物，是世界公認的稀缺粘土礦產資源，具有優良的物化性能和工業用途，廣泛應用於農業、工業、醫藥、食品及環保等領域。坡縷石的物化性能主要表現為其比表面積大，吸附能力、流變性和催化性能良好， 同時，具有理想的膠體性能和耐熱性能。坡縷石晶體呈毛髮狀或纖維狀，表面具有極性的親水基團，容易吸附水分子，經過有機化改性後，可以將親水性的天然無機坡縷石轉變為親油性的有機坡縷石，改善其在有機溶劑中的分散性、相容性和親和性，拓展坡縷石的工業應用。坡縷石礦在自然界中大致存在二種形態即纖維狀坡縷石和土狀坡縷石。目前，在世界範圍內，得到工業應用和進行科學研究的主要是針對土狀坡縷石。但是，鑑於土狀坡縷石在大自然中的存在，往往是同膨潤土、白雲石、方解石等礦物共生，其本身的含量少則只佔10% 20%，多則也只佔到50%上下，極少有含量在70% 80%以上的，同時，提純土狀坡縷石的過程複雜且昂貴，這就阻礙了其向高層次產品的研發和應用，人們多使用提純容易、 製造成本低廉的有機膨潤土來替代土狀坡縷石。不過，如果採用纖維狀坡縷石，情況將大為改善。與土狀坡縷石礦相比，纖維狀坡縷石在天然礦石中的含量高，雜質少，以我國貴州地區出產的纖維狀坡縷石礦為例，其坡縷石含量高達96wt. %以上(參考文獻何林，陳永成，閆建偉，邊秀房，《偶聯劑改性纖維狀坡縷石的優化工藝及效果評價》，貴州工業大學學報，2007，36 (4))。與有機膨潤土相比，纖維狀坡縷石在水中具有更優越的膠體性能和更高的粘度，利用纖維狀坡縷石製作的有機改性纖維狀坡縷石在有機溶劑中表現出更好的分散性和更高的親油性。特別是對於油漆、油墨、食品、醫藥、化妝品等領域，有機改性纖維狀坡縷石或有機膨潤土多作為改性添加劑使用，儘管有機改性纖維狀坡縷石生產成本略高於有機膨潤土，但是由於其性能優良，其使用量僅為有機膨潤土的1/5 1/10，因此，有機改性纖維狀坡縷石的性價比要高於有機膨潤土。在相同的應用環境下，添加極少量的有機改性纖維狀坡縷石即可達到同樣的效果，這對於提高上述產品的質量和降低添加劑副作用的影響具有其他同類產品所不可替代的作用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀，提供有機改性纖維狀坡縷石及其有機改性方法；其中，有機改性纖維狀坡縷石，將親水性的無機纖維狀坡縷石轉變為親油性的有機改性纖維狀坡縷石；通過本發明製備的有機改性纖維狀坡縷石，在諸如醇類、 苯類等各類極性強弱不同的有機溶劑中都具有良好的分散性和很高的粘度。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為有機改性纖維狀坡縷石，各原料以重量份數計，包含纖維狀坡縷石礦石100份，分散劑2份 10份，酸10份 100份，季銨鹽10份 60份，酸是以飽和濃度的酸計，取36% 38%的濃鹽酸、98%的濃硫酸或98%的濃硝酸其中的一種或一種以上的混合物。本發明的有機改性纖維狀坡縷石的有機改性過程，包括以下步驟 步驟1、精選纖維狀坡縷石礦石，並破碎，得到纖維狀坡縷石礦石塊狀體；
步驟2、經錘式破碎機將上述纖維狀坡縷石礦石塊狀體，製得纖維狀坡縷石纖維體； 步驟3、選取100份步驟2中得到的纖維狀坡縷石纖維體，高速攪拌下，向其中加入1 份 5份分散劑，以及適量的去離子水，其固液比<10%，製得纖維狀坡縷石纖維體溶液；
步驟4、向步驟3中得到的纖維狀坡縷石纖維體溶液中加入10份 100份的酸，緩慢攪拌，進行酸改性，然後真空吸慮脫水，漂洗；
步驟5、在常溫下，加入10份 60份季銨鹽和1份 5份分散劑，其固液比<10%，緩慢攪拌，進行有機改性，靜置24h後，脫水； 步驟6、乾燥後，得到塊狀固體； 步驟7、破碎至60目 120目，得到呈絮狀體的成品。為優化上述技術方案，採取的措施還包括
上述步驟1中的纖維狀坡縷石礦石為手選的優質纖維狀坡縷石礦石，其纖維狀坡縷石含量為 50 Wt. % 80 Wt. % ；
上述步驟3中的分散劑為六偏磷酸鈉或矽酸鈉；
上述步驟4中的酸，其計量份數以飽和濃度的酸計，即36% 38%的濃鹽酸、98%的濃硫酸或98%的濃硝酸；
上述步驟5中的季銨鹽為十八烷基三甲基氯化銨或雙十八烷基氯化銨； 上述步驟6中的乾燥溫度為彡110°C。與現有技術相比，本發明的有機改性纖維狀坡縷石，先用無機酸進行酸改性，再用季銨鹽對其進行有機改性。坡縷石對物質的吸附作用既有物理吸附也有化學吸附，對有機分子主要是以物理吸附為主，對無機離子主要是以化學吸附為主。季銨鹽有機改性的作用主要表現為，季銨鹽陽離子通過離子交換吸附與纖維狀坡縷石發生作用，使有機物插入纖維狀坡縷石微孔結構的內部，使微孔擴大，並且在纖維狀坡縷石表面，有機銨根離子能夠與纖維狀坡縷石形成弱電場，使帶有官能團的有機物更容易被吸附，進而提高纖維狀坡縷石在有機溶劑中的分散性。經本發明製得的有機改性纖維狀坡縷石適用性廣，在諸如醇類、苯類等各類極性強弱不同的有機溶劑中都具有良好的分散性和很高的粘度。
圖1是本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明實施例作進一步詳細描述。本發明的有機改性纖維狀坡縷石，各原料以重量份數計，包含纖維狀坡縷石礦石 100份，分散劑2份 10份，酸10份 100份，季銨鹽10份 60份，酸是以飽和濃度的酸計，取36% 38%的濃鹽酸、98%的濃硫酸或98%的濃硝酸其中的一種或一種以上的混合物。
本發明的有機改性纖維狀坡縷石的有機改性過程，包括以下步驟 步驟1、精選纖維狀坡縷石礦石，並破碎，得到纖維狀坡縷石礦石塊狀體；步驟2、經錘式破碎機將上述纖維狀坡縷石礦石塊狀體，製得纖維狀坡縷石纖維體； 步驟3、選取100份步驟2中得到的纖維狀坡縷石纖維體，高速攪拌下，向其中加入1 份 5份分散劑，以及適量的去離子水，其固液比<10%，製得纖維狀坡縷石纖維體溶液；步驟4、向步驟3中得到的纖維狀坡縷石纖維體溶液中加入10份 100份的酸，緩慢攪拌，進行酸改性，然後真空吸慮脫水，漂洗；步驟5、在常溫下，加入10份 60份季銨鹽和1份 5份分散劑，其固液比<10%，緩慢攪拌，進行有機改性，靜置24h後，脫水； 步驟6、乾燥後，得到塊狀固體； 步驟7、破碎至60目 120目，得到呈絮狀體的成品。
步驟1中的纖維狀坡縷石礦為手選的優質纖維狀坡縷石礦石，其纖維狀坡縷石含量為 50 wt. % 80 wt. %。
步驟3中分散劑為六偏磷酸鈉或矽酸鈉。
步驟4中酸，其計量份數以飽和濃度的酸計，即36% 38%的濃鹽酸、98%的濃硫酸或98%的濃硝酸其中的一種或一種以上的混合物。
步驟5中季銨鹽為十八烷基三甲基氯化銨或雙十八烷基氯化銨。
步驟6中的乾燥溫度為彡110°C。
實施例1如圖1所示，本實施例的有機改性纖維狀坡縷石的有機改性方法，包括以下步驟 步驟1、手選優質纖維狀坡縷石礦石、並破碎，得到纖維狀坡縷石礦石塊狀體； 步驟2、將上述纖維狀坡縷石礦石塊狀體製得纖維狀坡縷石纖維體； 步驟3、選取IOOg步驟2中得到的纖維狀坡縷石纖維體，高速攪拌下，向其中加入2g六偏磷酸鈉，以及適量的去離子水，保持固液比<10%，製得纖維狀坡縷石纖維體溶液；步驟4、向步驟3中的纖維狀坡縷石纖維體溶液中加入30份鹽酸，是以飽和濃度的鹽酸計，即36% 38%的濃鹽酸，緩慢攪拌，進行酸改性，然後真空吸慮脫水，漂洗；步驟5、在常溫下，加入IOg十八烷基三甲基氯化銨和2g六偏磷酸鈉，緩慢攪拌，進行有機改性，靜置24h後，脫水；步驟6、在100°C下進行乾燥，得到塊狀固體； 步驟7、破碎至60目 120目，得到呈絮狀體的成品。
實施例2如圖1所示，本實施例的有機改性纖維狀坡縷石的有機改性方法，包括以下步驟 步驟1、手選優質纖維狀坡縷石礦石、並破碎，得到纖維狀坡縷石礦石塊狀體； 步驟2、將上述纖維狀坡縷石礦石塊狀體製得纖維狀坡縷石纖維體； 步驟3、選取100份步驟2中得到的纖維狀坡縷石纖維體，高速攪拌下，向其中加入2g 矽酸鈉，以及適量的去離子水，保持固液比<10%，製得纖維狀坡縷石纖維體溶液；步驟4、向步驟3中的纖維狀坡縷石纖維體溶液中加入20份硫酸，是以飽和濃度的硫酸計，即98%的濃硫酸，緩慢攪拌，進行酸改性，然後真空吸慮脫水，漂洗；步驟5、在常溫下，加入IOg雙十八烷基氯化銨和2g矽酸鈉，緩慢攪拌，進行有機改性， 靜置24h後，脫水；步驟6、在100°C下進行乾燥，得到塊狀固體；步驟7、破碎至60目 120目絮狀體，得到呈絮狀體的成品。
實施例3如圖1所示，本實施例的有機改性纖維狀坡縷石的有機改性方法，包括以下步驟 步驟1、手選優質纖維狀坡縷石礦石、並破碎，得到纖維狀坡縷石礦石塊狀體； 步驟2、將上述纖維狀坡縷石礦石塊狀體製得纖維狀坡縷石纖維體； 步驟3、選取IOOg步驟2中得到的纖維狀坡縷石纖維體，高速攪拌下，向其中加入2g矽酸鈉，以及適量的去離子水，保持固液比<10%，製得纖維狀坡縷石纖維體溶液；步驟4、向步驟3中的纖維狀坡縷石纖維體溶液中加入20份硝酸，是以飽和濃度的硝酸計，即98%的濃硝酸，緩慢攪拌，進行酸改性，然後真空吸慮脫水，漂洗；步驟5、在常溫下，加入10份雙十八烷基氯化銨和2g矽酸鈉，緩慢攪拌，進行有機改性，靜置24h後，脫水；步驟6、在100°C下進行乾燥，得到塊狀固體；步驟7、破碎至60目 120目絮狀體，得到呈絮狀體的成品。
實施例4將實施例1至實施例3中，步驟3和/或步驟5中的2g六偏磷酸鈉或矽酸鈉替換為 4g，步驟5中的IOg十八烷基三甲基氯化銨或雙十八烷基氯化銨替換為30g，同樣能實現本發明的目的。
實施例5將實施例1至實施例3中，步驟3和/或步驟5中的2g六偏磷酸鈉或矽酸鈉替換為 5g，步驟5中的IOg十八烷基三甲基氯化銨或雙十八烷基氯化銨替換為60g，同樣能實現本發明的目的。
實施例6將實施例1至實施例3中，步驟6的乾燥溫度替換為105°C，同樣能實現本發明的目的。
實施例7將實施例1至實施例3中，步驟6的乾燥溫度替換為110°C，同樣能實現本發明的目的。
加入無機酸的目的，一是，除去礦石中與纖維狀坡縷石共生的碳酸鹽等雜質，起到提純纖維狀坡縷石的作用；二是，對纖維狀坡縷石進行改性，主要表現為纖維間的解離和對陽離子的萃取作用，疏通纖維狀坡縷石的孔道，增加纖維狀坡縷石的比表面積，進而增加纖維狀坡縷石晶體吸附中心和化學吸附性能。季銨鹽有機改性的作用主要表現為，季銨鹽陽離子通過離子交換吸附與纖維狀坡縷石發生作用，使有機物插入纖維狀坡縷石微孔結構的內部，使微孔擴大，並且在纖維狀坡縷石表面，有機銨根離子能夠與纖維狀坡縷石形成弱電場，使帶有官能團的有機物更容易被吸附，進而提高纖維狀坡縷石在有機溶劑中的分散性。 經本發明製得的有機改性纖維狀坡縷石適用性廣，在諸如醇類、苯類等各類極性強弱不同的有機溶劑中都具有良好的分散性和很高的粘度。本發明製得的有機改性纖維狀坡縷石的技術參數如下外觀白色或淺黃色容積0. 1 g/cm3
水份< 21
粒度(絮狀體)60目 120目
粘度>4. 0 Pa. s (1%，苯或200#溶劑汽油)
灼燒失重 < 40% 使用溶劑 低、中、高極性有機溶劑 本發明製得的有機改性纖維狀坡縷石與國內某著名品牌有機膨潤土在有機溶劑中的 粘度對比實驗結果如下
精度(7%分散體)/mpa. s 商品名稱外觀/形狀粒度％(200目)二甲苯 白油 丁醇/ 二甲苯(1:2) XX-27 半白色粉末 > 952100 24001000
XX-38 半白色粉末 > 952200 4000600
本發明 白色或>70^ 20000 ^ 25000 ^ 6000
淺黃色粉末
本發明的有機改性纖維狀坡縷石，先用無機酸進行酸改性，再用季銨鹽對其進行有機 改性。坡縷石對物質的吸附作用既有物理吸附也有化學吸附，對有機分子主要是以物理吸 附為主，對無機離子主要是以化學吸附為主。 以上所述為本發明的具體實施方式
，應當指出，基於本發明原理的前提下，由本領 域普通技術人員做出的若干變化或改進也視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.有機改性纖維狀坡縷石，各原料以重量份數計，包含纖維狀坡縷石礦石100份，分散劑2份 10份，酸10份 100份，季銨鹽10份 60份，酸是以飽和濃度的酸計，取36% 38%的濃鹽酸、98%的濃硫酸或98%的濃硝酸其中的一種或一種以上的混合物。
2.根據權利要求1所述的有機改性纖維狀坡縷石的有機改性方法，其特徵是包括以下步驟步驟1、精選纖維狀坡縷石礦石，並破碎，得到纖維狀坡縷石礦石塊狀體；步驟2、經錘式破碎機將上述纖維狀坡縷石礦石塊狀體，製得纖維狀坡縷石纖維體；步驟3、選取100份步驟2中得到的纖維狀坡縷石纖維體，高速攪拌下，向其中加入1 份 5份分散劑，以及適量的去離子水，其固液比<10%，製得纖維狀坡縷石纖維體溶液；步驟4、向步驟3中得到的纖維狀坡縷石纖維體溶液中加入10份 100份的酸，緩慢攪拌，進行酸改性，然後真空吸慮脫水，漂洗；步驟5、在常溫下，加入10份 60份季銨鹽和1份 5份分散劑，其固液比<10%，緩慢攪拌，進行有機改性，靜置24h後，脫水；步驟6、乾燥後，得到塊狀固體；步驟7、破碎至60目 120目，得到呈絮狀體的成品。
3.根據權利要求2所述的有機改性纖維狀坡縷石的有機改性方法，其特徵是所述的步驟1中的纖維狀坡縷石礦石為手選的優質纖維狀坡縷石礦石，其纖維狀坡縷石含量為50 wt. % 80 wt. %。
4.根據權利要求2所述的有機改性纖維狀坡縷石的有機改性方法，其特徵是所述的步驟3中的分散劑為六偏磷酸鈉或矽酸鈉。
5.根據權利要求2所述的有機改性纖維狀坡縷石的有機改性方法，其特徵是所述的步驟4中的酸，其計量份數以飽和濃度的酸計，即36% 38%的濃鹽酸、98%的濃硫酸或98% 的濃硝酸其中的一種或一種以上的混合物。
6.根據權利要求2所述的有機改性纖維狀坡縷石的有機改性方法，其特徵是所述的步驟5中的季銨鹽為十八烷基三甲基氯化銨或雙十八烷基氯化銨。
7.根據權利要求2所述的有機改性纖維狀坡縷石的有機改性方法，其特徵是所述的步驟6中的乾燥溫度為彡110°C。
全文摘要
本發明公開了有機改性纖維狀坡縷石，各原料以重量份數計，包含纖維狀坡縷石礦石100份，分散劑2份～10份，酸10份～100份，季銨鹽10份～60份，酸是以飽和濃度的酸計，取36%～38%的濃鹽酸、98%的濃硫酸或98%的濃硝酸其中的一種或一種以上的混合物。改性過程包括以下步驟選礦並破碎步驟；制纖維體步驟；制纖維體溶液步驟；酸改性步驟；有機改性步驟；乾燥、破碎步驟；得到成品。本發明的有機改性纖維狀坡縷石，將親水性的纖維狀無機坡縷石轉變為親油性的纖維狀有機坡縷石。通過本發明製備的改性纖維狀坡縷石，在各類極性強弱不同的有機溶劑中都具有良好的分散性和很高的粘度,工業應用廣泛。
文檔編號B01J20/22GK102489257SQ201110400849
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者李滄海, 趙溶 申請人:趙溶