一种柱撑插层改性黑云母的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化学、冶金技术领域，具体涉及一种柱撑插层改性黑云母的方法使之更容易应用到高分子材料中。
【背景技术】
[0002]云母作为外加剂添加到塑料、橡胶、涂料等现代高分子材料中以弥补高分子材料固有的不足是目前一种较为热门的技术方向。在塑料制品中添加云母可以提高塑料的抗老化以及耐热性能，扩大了塑料制品的应用领域。在橡胶中添加云母可以赋予橡胶制品优良的耐酸碱性和阻燃能力，增强制品的韧性以及强度，提高制品的耐磨性能。利用絹云母的绝缘性能还可以改善橡胶制品的电性能。在涂料中添加云母可以大大增强涂料的耐候性以及防龟裂性，显著提高涂料的使用寿命。利用添加云母种类以及剂量的不同还能制备出防锈涂料、防火涂料、防水涂料、绝缘涂料等特种涂料。云母之所以能一定程度上弥补不同高分子制品的自身性能缺陷，与云母粉的特性密切相关，云母粉富含多种成分，其间主要有二氧化硅，含量通常在49 %左右，三氧化二铝含量在30 %左右。云母粉的物化功用安稳，是多维的片状资料，在强壮的电弧下具有不碳化、不爆裂、不吸水等特色。然而云母矿物内外表面具有强烈的亲水性，与聚合分子链接的亲和性弱，难以在有机相中分散，插入比并不高。但是将云母改性后可以使之与高分子材料更好的融合，更容易掺入高分子材料中。
[0003]目前对云母的改性方法主要有两种:一种是表面改性，另一种是插层改性。表面改性主要有偶联剂表面改性、有机酸表面改性和表面活性剂改性。核心思想是加入改性剂包裹在云母颗粒表层形成新的能和有机物紧密结合的表面层。但是这种方法并不能将云母片层的优良性能完美表现出来，添加入高分子材料中后云母的层状特性所带来的改良效果无法体现，一定层度上局限了这种方法的发展应用。另一种改性方法插层改性则是利用云母层间阳离子的交换性，将有机分子插入层间，扩大层间距，能让更多的高分子进入云母层的同时还能增大改性云母与需改性高分子的相容性。但目前的几种插层改性方法大多需要高温焙烧活化和过多掺入剂，经济效益不高。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术提供一种新的插层改性黑云母的方法，其工艺简单，成本低，且为了让柱撑剂更迅速的插入云母层中，用钡离子交换层间钾离子产生空位这一过程还可以提钾，所以适于工业应用。
[0005]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:1.一种柱撑插层改性黑云母的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0006](I)将黑云母矿石破碎；
[0007](2)将所得黑云母粉与盐酸和硝酸钡的水溶液混合，同时加入柱撑剂十八烷基三甲基氯化铵，50-80 0C下反应3_5h。
[0008]按上述方案，步骤(I)所述黑云母矿石破碎至过200目筛。
[0009]按上述方案，步骤⑵所述黑云母粉与硝酸钡的水溶液的质量体积比为1:20_50g/mLo
[0010]按上述方案，步骤⑵所述反应的反应液pH为2-5，硝酸钡的水溶液浓度为0.25?1.75mol/L，柱撑剂用量为0.5-1.0CEC(CEC称作土壤的“阳离子交换量” cat1nexchange capacity)ο
[0011]如图1所示，本发明用盐酸氧化(溶液中有NO3)黑云母中阳离子减弱四面体层对层间钾离子的束缚力，用钡离子交换出层间钾离子产生空位，随后聚合物高分子着床到产生的空位上从而实现将高分子链插入云母层同时扩大云母层间距。
[0012]钡离子和钾离子在12配位时的离子半径大小相似，在氢离子做活化剂的条件下，有利于钡离子进入云母层间置换出钾离子。钡离子的电荷数比钾离子大，一个钡离子进入层间取代一个钾离子的位置的同时，会产生一个空位，由空位缺陷扩散理论，后面的钡离子会不断地进入到云母层间，同时产生更多的空位为改性剂提供着位点，使改性剂更为容易更为迅速的掺入云母中。
[0013]本发明方法可以用来改性黑云母使之用于高分子高分子改性中，同时还能提取钾。
[0014]本发明的有益效果在于:1、本发明在黑云母矿石中加入盐酸和硝酸钡的水溶液，同时加入十八烷基三甲基氯化铵，用盐酸作活化剂，钡离子做交换剂，十八烷基三甲基氯化铵做柱撑剂。将改性剂掺入到云母层间结构中，成本低，环境污染小，因而适于工业化生产；
2、本发明用“钡离子交换柱撑法”将黑云母改性使之更容易掺入高分子材料中并且在改性过程中可以提取钾。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的机理示意图；
[0016]图2为本发明实施例2和实施例3改性黑云母后对比于黑云母的XRD图；
【具体实施方式】
[0017]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0018]实施例1
[0019](I)用球磨机将黑云母矿石粉碎后过200目筛；
[0020](2)破碎后的黑云母与浓度为0.25mol/L的硝酸钡的水溶液混合，黑云母与硝酸钡的水溶液的质量体积比为l:20g/mL，用浓度为10wt%的盐酸溶液调节混合物的pH值至5，加入0.5CEC十八烷基三甲基氯化铵，置于50°C的恒温水浴中搅拌反应3h，用X射线衍射(XRD)分析固体不溶物，分析得黑云母的层间距离扩大到了 1.733nm。
[0021]实施例2
[0022](I)用球磨机将黑云母矿石粉碎后过200目筛；
[0023](2)破碎后的黑云母与浓度为1.00mol/L的硝酸钡的水溶液混合，黑云母与硝酸钡的水溶液的质量体积比为l:30g/mL，用浓度为10wt%的盐酸溶液调节混合物的pH值至3，加入0.6CEC十八烷基三甲基氯化铵，置于70°C的恒温水浴中搅拌反应4h，用X射线衍射(XRD)分析固体不溶物，分析得黑云母的层间距离扩大到了 2.900nm。
[0024]实施例3
[0025](I)用球磨机将黑云母矿石粉碎后过200目筛；
[0026](2)破碎后的黑云母与浓度为1.75mol/L的硝酸钡的水溶液混合，黑云母与硝酸钡的水溶液的质量体积比为1:50g/mL，用浓度为10wt%的盐酸溶液调节混合物的pH值至2，加入1.0CEC十八烷基三甲基氯化铵，置于80°C的恒温水浴中搅拌反应5h，用X射线衍射(XRD)分析固体不溶物，分析得黑云母的层间距离扩大到了 4.060nm。
[0027]图2为实施例2和实施案例3改性黑云母后对比于黑云母的XRD图。从图中可以看到加入柱撑剂后黑云母的层间距有明显的扩大，且随着柱撑条件的改善(增加反应时间、提高酸浓度)柱撑效果也会有逐步的提高，说明本发明成功的往黑云母中插入了高分子剂，实现了云母改性。而且实验步骤简单，不需要高耗能。
[0028]由以上实施例可知本发明提供的方法步骤简单，大大缩短了插层改性的时间，成本低，环境污染小，并且能够在实验过程中获得钾，因而适于工业化生产。
[0029]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种柱撑插层改性黑云母的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)将黑云母矿石破碎； (2)将所得黑云母粉与盐酸和硝酸钡的水溶液混合，同时加入柱撑剂十八烷基三甲基氯化铵，50-80 0C下反应3-5h。2.根据权利要求1所述的柱撑插层改性黑云母的方法，其特征在于:步骤(I)所述黑云母矿石破碎至过200目筛。3.根据权利要求1所述的柱撑插层改性黑云母的方法，其特征在于:步骤(2)所述黑云母粉与硝酸钡的水溶液的质量体积比为1:20-50g/mL。4.根据权利要求1或3所述的改性黑云母方法，其特征在于:步骤(2)所述反应的反应液pH为2-5，硝酸钡的水溶液浓度为0.25?1.75mol/L，柱撑剂用量为0.5-1.0CEC0
【专利摘要】本发明涉及一种柱撑插层改性黑云母的方法，其包括以下步骤：(1)将黑云母矿石粉碎；(2)将黑云母粉与盐酸和硝酸钡的水溶液混合，同时加入柱撑剂十八烷基三甲基氯化铵，50-80℃下反应3-5h。本发明提供的方法步骤简单，成本低，环境污染小，并且在改性过程中能提取钾，因而适于工业化生产。
【IPC分类】C01B33/42
【公开号】CN105016353
【申请号】CN201510386899
【发明人】黄志良, 李紫谦, 孟鹏, 罗晶, 危钰
【申请人】武汉工程大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月2日