一種有機膨潤土的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種有機膨潤土的制造方法，包括以下步驟：1）打漿；2）沉漿；3）旋流除沙器進行除沙；4）臥式離心機進一步過濾固體雜質；5）通過碟片離心機進行液-液分離，得到濃縮的鈉基蒙脫石漿液；6）含固量測定；7）加入純堿；8）升溫，加入硫酸調節pH值，保溫；9）有機化覆蓋反應：加入白油、十八烷基三甲基氯化銨；10）壓干；11）烘干。本發明制得的有機膨潤土，在有機體系中分散粒徑更細，既適用于低中極性溶劑，也適用于中高極性體系，使用中可以不加活化劑自活化分散，無需制成預凝膠，可在加工過程任一階段加入，無須研磨，可在面漆、木器漆、家具漆等對光澤度有較高要求的涂料中使用。
【專利說明】一種有機膨潤土的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及有機膨潤土生產制造領域，尤其涉及一種有機膨潤土的制造方法。
【背景技術】
[0002]有機膨潤土是一種無機礦物/有機銨復合物，以膨潤土為原料，利用膨潤土中蒙脫石的層片狀結構及其能在水或有機溶劑中溶脹分散成膠體級粘粒特性，通過離子交換技術插入有機覆蓋劑而制成的。有機膨潤土在各類有機溶劑、油類、液體樹脂中能形成凝膠，具有良好的增稠性、觸變性、懸浮穩定性、高溫穩定性、潤滑性、成膜性，耐水性及化學穩定性，在涂料工業中有重要的應用價值，在油漆油墨、航空、冶金、化纖、石油等工業中也有廣泛的應用。
[0003]有機膨潤土的生產主要是三個過程的重要控制，分別是鈉化改型過程、分離純化過程和有機覆蓋反應過程。現有技術中，原土鈉化改型時采用碳酸鈉和氟化鈉配合進行鈉化改型，碳酸鈉改型的漿液稠度大，黏滯性較大，不利于沙質成分有效去除；漿液的分離提純過程中，現有的技術采用單一的臥式離心機分離，分離提純效果一般，造成有機土成品內部含有雜質成分，成品在實際使用中的分散效果差，且膠粒較粗；有機化覆蓋反應過程中，現有的技術采用單一的C12~C18季銨鹽陽離子進行覆蓋反應，此類產品不利于中高極性體系中使用，且具有一定的消光性，不利于在面漆、木器漆、家具漆等對光澤度有較高要求的涂料中使用。
【發明內容】
[0004]本發明要解決 的技術問題是克服現有技術中上述的技術缺陷，提供一種有機膨潤土的制造方法，通過該方法制得的有機膨潤土，在有機體系中分散粒徑更細，完全分散下粒徑可達到30微米一下，既適用于低中極性溶劑，也適用于酯類、酮類、醇類等中高極性體系，并且使用中可以不加活化劑自活化分散，無需制成預凝膠，可在加工過程任一階段加入，無須研磨，可在面漆、木器漆、家具漆等對光澤度有較高要求的涂料中使用。
[0005]為解決上述問題，本發明的一種有機膨潤土的制造方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]I)打漿:將鈣基蒙脫石原土加水攪拌制成漿液，加入原土重量2.5~3.5%的氟化鈉與碳酸鈉混合物作為鈉化改型劑，攪拌反應2.5~5小時；加入上述總土重量(即原土、碳酸鈉、氟化鈉的總重量)0.1~0.3%的焦磷酸鈉，攪拌反應0.5~1.5小時；
[0007]2)沉漿:將步驟I中獲得的漿液在重力作用下進行沉淀，去除沉淀物，沉淀時間16~24小時；
[0008]3)將沉淀后的漿液通過旋流除沙器進行除沙處理，該步驟能夠去除大顆粒的沙土質成分，從而使漿液的濃度變稀；
[0009]4)將濃度變稀的漿液通過臥式離心機進一步過濾固體雜質；
[0010]5)通過碟片離心機對步驟4中過濾后的漿液進行液-液分離，得到濃縮的鈉基蒙脫石漿液；
[0011]6)含固量測定:測定步驟5中得到濃縮漿液中所包含固體的總重量；
[0012]7)加入純堿:加入步驟6中測得的含固量I~2%的純堿；
[0013]8)升溫至70~85°C，加入硫酸調節pH值為5~6，保溫0.5~L 5小時；
[0014]9)有機化覆蓋反應:加入含固量7~9%的白油，加入含固量38~41%的十八烷基三甲基氯化銨，反應0.5~1.5小時，得到有機膨潤土與水的混合漿液；
[0015]10)壓干:通過板框壓濾機將有機膨潤土與水分尚，獲得含水量40~45%的有機膨潤土塊；
[0016]11)烘干:通過烘干設備將步驟10得到的有機膨潤土塊進行烘干，使含水量降為2 ~3.5%。
[0017]所述步驟11后還包括:
[0018]12)粉碎:通過粉碎機器將烘干的有機膨潤土塊研磨成粒徑過200目篩的白色粉末。
[0019]所述步驟8中升溫至80 °C。
[0020]所述步驟I中，加入原土重量3%的氟化鈉與碳酸鈉混合物。
[0021 ] 所述氟化鈉與碳酸鈉混合物包括原土重量2%的碳酸鈉和原土重量1%的氟化鈉。
[0022]所述步驟I中加入總土量0`.2%的焦磷酸鈉。
[0023]所述步驟7中加入含固量1.5%的純堿。
[0024]所述步驟9中加入含固量8%的白油，加入含固量40%的十八烷基三甲基氯化銨。
[0025]本發明的有機膨潤土的制造方法，與現有工藝有所改進的地方在于以下四個步驟，具體各個步驟帶來的有益效果如下:
[0026]第一是鈉化改型過程，此過程中多加入了為總土重量0.2%的焦磷酸鈉(Na4P2O7.ηΗ20)，焦磷酸鈉的加入降低了原工藝中碳酸鈉改型時漿液的稠度，利于漿液在旋流除沙器使用過程和離心機分離工程中沙土等雜質成分有效去除；
[0027]第二是旋流除沙器的使用過程，本發明工藝中使用的旋流除沙器可以為煙臺金洋旋流器有限公司制造，它的使用使漿液中的不同密度成分在渦流中達到物理分級，去除了大顆粒的沙土質成分，使漿液的濃度變稀，降低了離心機分離的處理負荷，提高了離心機的分離效果，從而提高了漿液中的有效成分蒙脫石含量；
[0028]第三是碟片離心機的使用過程，碟片離心機可以為南京中船綠洲公司制造，它的使用充分提高了鈉基蒙脫石的分離純化效果，使漿液中的粒徑達到< 5 μ m，漿液的固體總含量中鈉基蒙脫石達到質量百分比90%以上；
[0029]第四是覆蓋反應過程，這個過程包括含固量測定、加入純堿、升溫到70~85°C、調pH值到5~6、保溫一小時、加入白油、加入十八烷基三甲基氯化銨覆蓋反應一小時等步驟；隨著純堿和白油的加入，陽離子覆蓋劑十八烷基三甲基氯化銨與蒙脫石的反應更加充分，蒙脫石晶層間距進一步擴大，從而使更多的白油和游離的十八烷基三甲基氯化銨通過配位吸附插入蒙脫石分子晶層中，使得反應后有機土的疏水親油性增加。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明有機膨潤土的制造方法的工藝流程圖。【具體實施方式】
[0031]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本發明技術方案，下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的詳細說明。
[0032]如圖所示，本發明的一種有機膨潤土的制造方法，遵循的設計原理如下所述:
[0033]一、鈉化改型原理
[0034]膨潤土礦的目的礦物蒙脫石，是一種性能獨特的鋁硅酸鹽礦物，由兩層SiO四面體片中間夾一層AIO(OH)八面體片組成的層片狀礦物，構成2:1型結構，晶層具有水分子和可交換性陽離子。蒙脫石結構單元層中的Si4+可被Al3+置換，八面體層內的Al3+常被Mg2+、Fe3+、Zn2+等多價離子置換，由于低價陽離子替代高價陽離子，使結構產生多余的負電價，為了保護電中性，在結構層之間，除水分子之外，存在較大半徑的陽離子Na+、Ca2+、Mg2+等，這些陽離子是可交換的，使蒙脫石具有離子交換性、吸水性、膨脹性、觸變性、吸附性等一系列有價值的特性。
[0035]產品生產中使用的原土為鈣基膨潤土，由于鈉基膨潤土較鈣基膨潤土在物理化學性質和工藝技術上性能優越，主要表現在:吸水速度慢，但吸水率和膨脹倍數大；陽離子交換量高；在水介質分散性好，膠質價高；它的膠體懸浮液觸變性、粘度、潤滑性好；熱穩定性好。所以需要對鈣基膨潤土進行鈉化改型，鈉化改型的原理:Ca2+-蒙脫石+2Na+=2Na+_蒙脫石 +Ca2+。
[0036]二、分離純化過程
[0037]傳統的分離純化采用臥式離心機分離，本生產工藝流程采用旋流除沙器(煙臺金洋旋流器有限公司生產)、臥式離心機(寧波海申機電總廠制造)、碟片離心機(南京中船綠洲公司制造)聯合使用，使漿液達到最佳的分離純化效果，從而得到高純度的鈉基蒙脫石，在最終獲得漿液的固體總含量 中 蒙脫石含量高達質量百分比90%以上，漿液中固體粒徑達到 < 5 μ m。
[0038]三、有機化覆蓋反應過程
[0039]層間高價陽離子蒙脫石雙電層水化膜薄，膨脹倍數低；低價陽離子(Na+、K+等)水化膜厚，膨脹倍數高。因此，鈉基蒙脫石再將其與有機覆蓋劑反應。有機覆蓋劑通常是一類碳鏈長度大于12的陽離子表面活性劑，與蒙脫石晶層間的Na+按下式實現離子交換反應，使未水性蒙脫石變為疏水性蒙脫石:Na+_蒙脫石+[NHa.R4_a]CI=[NHa.R4_a]_蒙脫石+NaCI。
[0040]在上述有機膨潤土生產的三個基本原理下，我公司設計了如附圖所示的工藝流程圖，每個步驟具體操作如下進行:
[0041]1、打漿:將來自安吉的鈣基蒙脫石原土加水在攪拌機攪拌下制成漿液，加入鈉化改型劑，鈉化改型中使用的改型劑有很多，如硅酸鈉、碳酸鈉、氟化鈉、氯化鈉、氫氧化鈉、硫酸鈉、焦磷酸鈉等等，通過實驗數據分析和實際生產的經驗總結，從鈉化改型后鈉土的陽離子交換容量、鈉基土含量、鈉蒙脫石分子水化膜厚度進行分析總結，由于碳酸鈉和氟化鈉的鈉化效果較優，因此確定采用氟化鈉和碳酸鈉進行協同鈉化。理論上來說鈉化改性劑的加入量增加，鈉化效果會提高，但當濃度達到一定值時趨于穩定，濃度太大，反而鈉化效果下降，一般加入量選擇為總土量2.5~3.5%之間，考慮成本因素和鈉化效果，本工藝優選加入總土量的3%的氟化鈉與碳酸鈉混合物，所述氟化鈉與碳酸鈉混合物優選為包括原土重量2%的碳酸鈉和原土重量1%的氟化鈉，攪拌反應2.5~5小時，本工藝優選為3小時；
[0042]原生產工藝到此即可進入下一階段，本發明工藝在鈉化改型后加入上述總土重量(即原土、碳酸鈉、氟化鈉的總重量)0.1~0.3%的焦磷酸鈉，本工藝優選為0.2%，攪拌反應0.5~1.5小時，優選為I小時；
[0043]焦磷酸鈉既能夠進一步鈉化作用，另外其又是一種分散劑，可以降低原碳酸鈉改型時漿液的稠度，有利于重沙質等雜質在重力作用下沉淀去除，提高了漿液在旋流除沙器使用過程和離心機分離工程中沙土等雜質成分去除效率；
[0044]2、沉漿:將上述步驟I中獲得的漿液在重力作用下使砂等顆粒物進行沉淀，沉淀時間16~24小時，去除沉淀物；
[0045]3、將沉淀后的漿液通過旋流除沙器進行除沙處理，該步驟能夠去除大顆粒的沙土質成分，從而使漿液的濃度變稀；
[0046]由于砂水的密度不同，在離心力、向心浮力、流體曳力作用下，使密度低的清水上升，由溢流口排出，密度大的砂沉降到底部并由排砂口排出，從而達到除砂的目的；
[0047]該步驟中將沉好的漿液通過旋流除沙器處理，這個過程使用兩臺不同型號的旋流除沙器，先通過煙臺金洋旋流器有限公司生產的JY100-2-J型去除較大顆粒，然后通過JY75-4-J型進一步濃縮，使漿液中的不同密度成分在渦流中達到物理分級，去除了大顆粒的沙土質成分，使漿液的濃度變稀，降低了離心機分離的處理負荷，提高了離心機的分離效果，從而提高了漿液中的有效成分蒙脫石含量；
[0048]4、將濃度變稀的漿液通過臥式離心機進一步過濾固體雜質；
[0049]臥式離心機的原理是利用 高速旋轉的轉鼓產生離心力把懸浮液中的固體顆粒截留在轉鼓內，并在力的作用下向機外自動卸出；同時在離心力的作用下，懸浮液中的液體通過過濾介質、轉鼓小孔被甩出，從而達到液固分離過濾的目的；臥式離心機的使用去除了漿液中的雜質，提高了漿液中有效成分蒙脫石含量；
[0050]5、通過碟片離心機對步驟4中過濾后的漿液進行液-液分離，得到濃縮的鈉基蒙脫石漿液；
[0051]碟片離心機的工作原理是其轉鼓內有相互疊在一起的碟片，碟片與碟片之間有很小的間隙，漿液通過位于轉鼓中心的加料管進入轉鼓，當漿液通過碟片之間的間隙時，固體顆粒在離心力作用下沉降到碟片上形成沉渣，又從噴嘴噴出；分離后的清液從出液口排出。碟片離心機使漿液進一步純化濃縮，達到液-液分離的目的，從而得到高純度的鈉基蒙脫石漿液，漿液的固體總含量中鈉基蒙脫石達到質量百分比90%以上，漿液中固體的粒徑達到< 5 μ m，含固量達到2g/100ml左右；
[0052]6、含固量測定:測定步驟5中得到濃縮漿液中所包含固體的總重量，從而確定后續步驟中純堿、白油、十八烷基三甲基氯化銨的添加量；
[0053]7、加入純堿:加入步驟6中測得的含固量I~2%的純堿；本工藝優選為1.5%的純堿；
[0054]8、升溫至70~85°C:通過實驗確定有機化覆蓋反應的最佳反應溫度為70~85°C，本工藝流程優選為80°C ；
[0055]9、加酸調節PH5~6:加入硫酸調節pH值，使漿液成酸性環境，這一環境可以是蒙脫石層間的一些鐵離子等雜質成分析出，疏通蒙脫石晶體的層間空隙，有利于白油，覆蓋劑等有機相插入蒙脫石分子層；
[0056]10、保溫0.5~I小時:保溫的作用是使蒙脫石分子層間與酸充分反應，為后面的有機化覆蓋反應做好基礎；本工藝優選為I小時；
[0057]11、有機化覆蓋反應:加入含固量7~9%的白油，加入含固量38~41%的十八烷基三甲基氯化銨，反應0.5~1.5小時，得到有機膨潤土與水的混合漿液；
[0058]加入白油、加入十八烷基三甲基氯化銨的順序可以對換，影響不大。
[0059]白油是一種白色礦物油，無色無味，化學惰性，光安定性能好，可作為合成樹脂和塑料加工等工業中的濕潤劑溶劑和潤滑劑等。白油的加入可以使十八烷基三甲基氯化銨更充分的與鈉基蒙脫石進行有機化反應，他們的配合作用，使蒙脫石層間距進一步擴大，從而使更多的白油和游離的十八烷基三甲基氯化銨通過配位吸附插入蒙脫石分子晶層中，使得反應后有機土的疏水親油性增加，增加其在涂料油漆等產品的光澤度。反應一個小時保證了漿液有機化反應完全；
[0060]本發明優選為加入含固量8%的白油，加入含固量40%的十八烷基三甲基氯化銨，反應I小時；
[0061]12、壓干:通過板框壓濾機將反應好的有機膨潤土與水分離，獲得含水量40~45%的有機膨潤土塊，為烘干做準備。
[0062]13、烘干:通過烘干設備將有機膨潤土塊烘干，使含水量降為2%~3.5%，達國家標準；
[0063]14、粉碎:通過粉碎機器將烘干的有機膨潤土塊研磨成粒徑過200目篩的白色粉末；
[0064]15、包裝:用專用包裝袋將粉末成品包裝成25KG每包，包裝袋兩層，內為塑料薄膜袋外為編織纖維袋包裝；
[0065]16、成品檢測:成品質量檢測員對產品各項指標經行檢測，包括粉末的細度、水分、白度、膠體率、凝膠粘度、分散細度等；
[0066]17、入庫:對于成品檢測合格的產品存入成品倉庫，對于不合格產品進行處理后入庫。
[0067]整個工藝流程中鈉化改型過程、分離純化過程和有機覆蓋反應過程是本發明的關鍵點。通過本發明的有機膨潤土制造方法，可以制得高純度易分散自活化的有機膨潤土，適用于二甲苯、二甲苯-酯類、二甲苯-酮類等中高極性體系，可不加活化劑自活化分散。
【權利要求】
1.一種有機膨潤土的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)打漿:將鈣基蒙脫石原土加水攪拌制成漿液，加入原土重量2.5~3.5%的氟化鈉與碳酸鈉混合物，攪拌反應2.5~5小時；加入上述總土重量0.1~0.3%的焦磷酸鈉,攪拌反應0.5~1.5小時； 2)沉漿:將步驟I中獲得的漿液在重力作用下進行沉淀，沉淀時間16~24小時，去除沉淀物； 3)將沉淀后的漿液通過旋流除沙器進行除沙處理，該步驟能夠去除大顆粒的沙土質成分，從而使漿液的濃度變稀； 4)將濃度變稀的漿液通過臥式離心機進一步過濾固體雜質； 5)通過碟片離心機對步驟4中過濾后的漿液進行液-液分離，得到濃縮的鈉基蒙脫石漿液； 6)含固量測定:測定步驟5中得到濃縮漿液中所包含固體的總重量； 7)加入純堿:加入步驟6中測得的含固量I~2%的純堿； 8)升溫至70~85°C，加入硫酸調節pH值為5~6，保溫0.5~1.5小時； 9)有機化覆蓋反應:加入含固量7~9%的白油，加入含固量38~41%的十八烷基三甲基氯化銨，反應0.5~1.5小時，得到有機膨潤土與水的混合漿液； 10)壓干:通過板框壓濾機將有機膨潤土與水分離，獲得含水量40~45%的有機膨潤土塊；` 11)烘干:通過烘干設備將步驟10得到的有機膨潤土塊進行烘干，使含水量降為2~3.5%。
2.如權利要求1所述的有機膨潤土的制造方法，其特征在于，所述步驟11后還包括: 12)粉碎:通過粉碎機器將烘干的有機膨潤土塊研磨成粒徑過200目篩的白色粉末。
3.如權利要求1所述的有機膨潤土的制造方法，其特征在于，所述步驟8中升溫至80。。。
4.如權利要求1所述的有機膨潤土的制造方法，其特征在于，所述步驟I中，加入原土重量3%的氟化鈉與碳酸鈉混合物。
5.如權利要求4所述的有機膨潤土的制造方法，其特征在于，所述氟化鈉與碳酸鈉混合物包括原土重量2%的碳酸鈉和原土重量1%的氟化鈉。
6.如權利要求1所述的有機膨潤土的制造方法，其特征在于，所述步驟I中加入總土量0.2%的焦磷酸鈉。
7.如權利要求1所述的有機膨潤土的制造方法，其特征在于，所述步驟7中加入含固量1.5%的純堿。
8.如權利要求1所述的有機膨潤土的制造方法，其特征在于，所述步驟9中加入含固量8%的白油，加入含固量40%的十八烷基三甲基氯化銨。
【文檔編號】C01B33/40GK103482638SQ201310429645
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】龔慶偉, 祝海平 申請人:浙江青虹新材料有限公司