一种掺杂稀土元素的钙/铝离子交换硅胶及其制备方法与流程

文档序号：16941507发布日期：2019-02-22 21:16阅读：581来源：国知局

本发明涉及化学技术领域，具体涉及一种掺杂稀土元素的钙/铝离子交换硅胶及其制备方法。

背景技术：

离子交换硅胶作为一种新型材料，具有无毒无污染、不含重金属、高效、协同效应好等优点，在国内外都有研究与报道：日本富士化学以及英国已出售二氧化硅为基料的钙离子交换型颜料；英国石油公司也成功研制了阴离子交换的氧化铝和阳离子交换的二氧化硅两类新型防锈颜料；澳大利亚的goldie和mccarrol研制的稀土交换硅胶防锈颜料解决了稀土盐反应母液的重复使用问题；英国grace公司生产的钙离子交换型防锈颜料无毒、高效、适用性广，在溶剂型和水性涂料体系的各类配方中都可以得到很好的应用；汕头大学研究的钙交换硅胶防锈涂料各项性能指标均达到zbg51006-87c53-31红丹醇酸防锈涂料标准，其防锈性能随钙含量的增加而提高；哈尔滨工程大学的周琴、张富利在《腐蚀与防腐》（1998年8月第19卷第4期）中发表了《新型防锈颜料交换硅胶的研究》，测试了钙交换硅胶和稀土交换硅胶的涂膜性能；常州涂料化工研究院研究的尖晶石型铁酸锌与ca²⁺/sio2，其防腐效果优良。

本申请人自有专利技术：“一种ca²⁺/sio2离子交换型颜料的制备方法”（2017年，公开号：107722696a）提供了一种ca²⁺/sio2离子交换型颜料的制备方法，将钙源溶解于醇类溶剂i中，将硅源溶解于醇类溶剂ii中，采用溶胶-凝胶法制备获得凝胶，将凝胶干燥，研磨、过筛，选择粒径在0.1-30μm的干凝胶颗粒作为前驱体，将前驱体在200-1000℃下维持0.5-8小时至前驱体晶化，即得ca²⁺/sio2离子交换型，将其应用在涂料、造纸、油墨、塑料、橡胶等领域中，可提高相应材料的性能，且颜料的杂质重金属含量低，可减少使用者的安全隐患和提高环境友好性。该方法需要采用醇类有机溶剂，生产过程耗能大、原料成本高、凝胶需要高温晶化才能获得最终产品，操作步骤繁杂、易于污染环境。现有技术中未发现有采用水热合成的方法来获得高性能掺杂稀土元素的钙/铝离子交换硅胶的相关报导，也没有在钙/铝离子交换硅胶中掺杂稀土元素从而取得良好效果的相关报导。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种掺杂稀土元素的钙/铝离子交换硅胶，采用水热合成-聚合的方法制造偏硅酸钙铝粉体，并掺杂了稀土元素，获得的钙/铝离子交换硅胶应用于涂料、造纸、油墨、塑料、橡胶的生产中，在防腐、抗老化、耐酸耐碱性、热稳定性、胶耐紫外线性和耐臭氧性等性能方面具有良好的表现，能提高相应材料的防腐、热稳定、抗老化、使用寿命等性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

本发明的掺杂稀土元素的钙/铝离子交换硅胶，将钙源、铝源、硅源分别分散于水中，将钙源分散液、铝源分散液与硅源分散液混合，然后加入稀土元素添加物，混合均匀后，调节ph为4.0-12.0，然后采用水热合成法制备获得反应物，将反应物干燥、粉碎后获得前驱体，再将前驱体进行晶化处理获得。

进一步，所述的掺杂稀土元素的钙/铝离子交换硅胶的制备方法包括以下步骤：

a、将钙源分散于水中获得混合液a，将铝源分散于水中获得混合液b，将硅源分散于水中获得混合液c；

b、将混合液a、混合液b、混合液c混合后投入高压反应釜中，然后加入稀土元素添加物混合均匀，再加入ph值调节剂，控制反应体系的ph值为4.0-12.0；在80-250℃下进行水热反应，反应时间为0.5小时以上，得到反应产物；

c、将反应产物干燥、粉碎、筛选得到前驱体；将前驱体在120-375℃下进行晶化处理，反应时间为0.5小时以上，得到最终产品。

进一步，所述的步骤c中干燥温度为50-150℃。

进一步，所述的钙源为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、油酸钙、硫酸钙、硝酸钙、氨基酸钙、甲酸钙、马来酸钙、醋酸钙、柠檬酸钙、氯化钙、乙二胺四乙酸钙、酒石酸钙、鞣酸钙、酞酸钙、草酸钙中的一种或两种以上的混合物。

进一步，所述的铝源为氧化铝、氢氧化铝、碳酸铝、油酸铝、硫酸铝、硝酸铝、氨基酸铝、甲酸铝、马来酸铝、醋酸铝、柠檬酸铝、氯化铝、乙二胺四乙酸铝、酒石酸铝、鞣酸铝、酞酸铝、草酸铝中的一种或两种以上的混合物。

进一步，所述的硅源为二氧化硅、硅溶胶、硅酸、硅酸钠、硅酸钾、硅酸铵、硅酸铝、硅酸镁、硅酸锂、硅酸锶、聚硅氧烷中的一种或多种的混合物。

进一步，所述的稀土元素添加物中含有镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪元素的一种或多种的混合物。

进一步，所述的稀土元素添加物中稀土元素的形态为单质、氧化物、氢氧化物、卤素化合物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐中的一种或多种的混合。

进一步，所述的ph调节剂为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、磷酸、氢氧化钠、氨水、氢氧化钾、氢氧化钙中的一种或两种以上的混合物。

进一步，所述的钙源、铝源、硅源、稀土元素添加物的质量比为10-90:10-90:100:0.01-5:0.01-5。

本发明有以下显著效果：

1、本发明解决了现有方法生产的钙/铝离子交换硅胶工序复杂、能耗大、有机溶剂成本高且易于污染环境的等生产实际问题，由于钙源与硅源在水热反应中容易实现分子水平的接触反应，反应温度及后期的晶化处理温度低，能耗小，不使用有机溶剂，可减少使用者的安全隐患和提高环境友好性，所得产物具有尺寸小，纯度高，均一性好等优点；

2、采用本发明获得的掺杂稀土元素的钙/铝离子交换硅胶应用于涂料、造纸、油墨、塑料、橡胶的生产中，在防腐、抗老化、耐酸耐碱性、热稳定性、胶耐紫外线性和耐臭氧性等性能方面具有良好的表现，能提高相应材料的防腐、热稳定、抗老化、使用寿命等性能；在涂料应用上耐盐雾时间增加，显著提高涂料的防腐性能；在造纸应用方面，显著提高纸张的抗老化性；在油墨应用上，使油墨耐酸碱能力提升，耐酸耐碱性能好，且颗粒均匀，使油墨容易调色；在塑料应用方面可使热变形温度提升上，显著提高塑料的热稳定性；在橡胶应用方面，可使橡胶的耐紫外线性能和耐臭氧性能提高，显著提高橡胶品质。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本发明用以下具体实施例进行说明，但本发明绝非仅限于这些例子。以下所述仅为本发明较好的实施例，仅用于描述本发明，不能理解为对本发明的范围限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1