一種納米級有機膨潤土的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及有機膨潤土的生產制造領域，尤其涉及一種納米級有機膨潤土的制備方法。
【背景技術】
[0002]膨潤土是指主要有蒙脫石組成的一種粘土巖，依據其所含蒙脫石主要交換陽離子種類的不同，膨潤土可劃分為鈉基(堿性土)、鈣基(堿土型土)、鎂基、鋰基及氫基膨潤土(活性白土)和人工改性的有機質膨潤土。我國膨潤土資源豐富，且各種類型的膨潤土都有，但到目前為止全國開采利用量還是很低，而價格昂貴的高技術含量膨潤土仍以進口為主。
[0003]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，其是膨潤土高層次開發利用的一個方面，是膨潤土改性的深加工產品。因為膨潤土有許多優點:不溶解于有機溶劑中，但可形成觸變性凝膠體；具有親油疏水性，抗稀酸和堿性，防水和熱穩定等性能，能耐150°C?175°C高溫，因此它能被廣泛的應用于各生產和生活領域。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。
[0004]目前有機膨潤土的生產工藝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。而上世紀八十年代以后，隨著納米技術的興起，納米有機膨潤土便廣泛應用于各類溶劑型工業油漆、膩子灰、防腐涂料、凹版油墨等等領域，是一種超分散自活化型高效流變助劑，是普通有機膨潤土的替代產品，可以不添加活化劑，無須做預凝膠，并且可在較低攪拌剪切速度下獲得充分分散，從而簡化了工藝，降低了成本。
[0005]如中國專利申請號為201310429645.2，名稱為“一種有機膨潤土的制造方法”，其包括以下步驟: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。雖然上述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，但是該制備工藝與納米有機膨潤土的制備工藝依然存在差異，并且，我公司通過大量實驗得知，影響納米有機膨潤土質量的三大因素是原礦質量、提純和有機覆蓋；此外，用純鈉基膨潤土制備納米級有機膨潤土并不理想，只有鈉離子和鈣離子達到一定的比例，即少量的鈉離子被鈣離子置換，才能達到最大的膨脹倍數和最快的水合速度。
【發明內容】
[0006]為解決上述技術問題，本發明的目的在于填補現有納米級有機膨潤土制造工藝的空白，并提供一種平均晶片厚度小于25nm的納米級有機膨潤土及其制備方法。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是，一種納米級有機膨潤土的制備方法，其包括如下步驟:
[0008]①膨潤土原礦加工:將原礦破碎后，加水配制成濃度為10%的懸浮液，接著粗濾后自然沉降4?6小時，吸出上層清液，將下層粘稠狀礦漿烘干、破碎后，制得一次提純膨潤土粉料；為了降低成本，上述原礦以鈣基膨潤土為原料。
[0009]②鈉化改型:將步驟①制得的一次提純膨潤土粉料加水配制成濃度為8%的懸浮液，并邊加熱邊攪拌4小時以上，直至分散均勾，接著在該懸浮液中加入鈉化劑，進而制得鈉基膨潤土漿液，所述鈉化劑與懸浮液的質量比為0.3% ;上述攪拌過程，夏天控制在室溫，冬天需加熱至40°C，春秋季加熱至35°C為宜。進一步的，鈉化劑應選自碳酸鈉、氟化鈉、碳酸氫鈉、硝酸鈉中的一種。
[0010]③離心提純:將步驟②制得的鈉基膨潤土漿液送入臥式離心機中進行去除粗砂和細砂的處理，得到二次提純膨潤土漿液；
[0011]④無機酸改性:將步驟③制得的二次提純膨潤土漿液加入反應釜中，加入鹽酸、硫酸、硝酸中的任一種無機酸，加入的無機酸與二次提純膨潤土漿液的質量比為1:50?1:60，使得PH值介于5?6之間，得到微酸性粘土水溶液；
[0012]⑤有機覆蓋反應:將步驟④制得的微酸性粘土水溶液以邊加熱邊攪拌的方式緩慢加入濃度為70%的有機覆蓋劑中，反應參數為在75?80°C溫度下攪拌30分鐘，接著緩慢冷卻至室溫，得到有機膨潤土漿料；所述有機覆蓋劑與微酸性粘土水溶液的質量比為0.85:1?1:1 ;上述有機覆蓋劑選取為雙十八烷基二甲基氯化銨。
[0013]⑥后處理階段:將經步驟⑤處理后的有機膨潤土漿料沉淀除去上清液，再用去離子水反復漂洗幾次，接著經壓濾機進行脫水處理，并將脫水后的濾餅烘干、粉碎、分級處理，然后包裝處理，最終獲得納米級有機膨潤土。
[0014]本發明的特點是通過分步提純，將鈉化劑與懸浮液的質量比保持在0.3%，在無機酸改性過程通過調節PH值至微酸性，以及在有機覆蓋反應階段的加料方式等等進行改進，將膨潤土剝片分散、提純改型，超細分級后得到蒙脫石含量大于95%的純蒙脫石，在用雙十八烷基二甲基氯化銨進行有機覆蓋反應，最終粉碎成納米級粒度要求，即平均晶片厚度小于25nm，此工藝在保證產品質量的同時，大大縮短生產周期，降低生產成本，適合大面積推廣應用。
[0015]本發明的納米級有機膨潤土的制造方法與現有技術相比，其改進的步驟在于以下幾點，其有益效果如下:
[0016]1、分步提純:通過在膨潤土原礦加工階段對原礦進行第一次初步提純，以去除原礦中原有雜質，為了更好的保證膨潤土結構不受破壞，在該階段的烘干優選采用在陽光下自然干燥的方式。同時，在離心提純階段對膨潤土漿料進行二次提純，進一步去除粗砂和細砂。
[0017]2、在鈉化改型過程，需保證鈉化劑與懸浮液的質量比保持在0.3%，進而可達到最大的膨脹倍數和最快的水合速度。
[0018]3、在無機酸改性過程，通過調節PH值至微酸性，可以有利于蒙脫石端緣以及破鍵、斷鍵引起裸露羥基與H+發生作用，同時也促使八面體中的AL'Mg2+少部分溶出，導致層間可交換的AL3+、Mg2+增