一种基于伊利石矿物的水性抗紫外整理液的制备方法与流程

本发明属于矿物材料开发利用领域，具体涉及一种基于伊利石矿物的水性抗紫外整理液的制备方法，及其在高分子材料紫外屏蔽与防护上的应用。

背景技术：

伊利石是一种常见的二八面体片层状黏土矿物，因最早发现与美国伊利岛而得名。它的晶体结构与2:1型云母类似，都是由顶氧相对的两个四面体层夹一个八面体层形成像三明治一样的tot单元层结构。伊利石属于非膨胀性黏土矿物，相比于云母它含有更多的层间水。纯伊利石通常晶粒细小，轻白细软，表面丝滑有光泽，在物理性质上不同于其他常见黏土矿物。我国有着丰富的伊利石资源，但相比于传统黏土矿物，目前针对伊利石的开发和应用还比较有限，主要集中在化学成分利用和吸附污染物上。

【cn105878062a】王杨等公开了一种伊利石美容面膜及其制造方法。该方法通过调配一定比例的伊利石精矿、甘油、双碱基调和剂、去离子水、维生素e和适量香精，通过机械搅拌混合均匀后制得伊利石美容面膜。利用伊利石含有多种微量元素且可有效吸附毒素油脂的特性，能够使皮肤吸收足够的微量元素，让皮肤变得柔软光滑有弹性。

【cn1066645a】冯振普等介绍了一种用伊利石制取钾氮肥的方法。该方法通过用硫酸在水热条件下浸取伊利石，破坏伊利石的结构，释放出伊利石层间的钾、氮来制备钾氮肥。同时能够产出活性二氧化硅、硫酸铝和氢氧化铝副产品。

【cn106544194a】王李原等介绍了一种伊利石洗发皂的制备方法。该方法通过对伊利石进行精细处理，使其表面拥有可变电荷，利用可变电荷表面能够吸附、沉淀重金属离子的特性，来控制重金属元素的富集和迁移。再根据伊利石和不同原料的配比制备伊利石冷、热制洗发皂。

【cn104525102a】王现丽等公开了一种去除废水中重金属离子的伊利石吸附剂的改性方法。将伊利石原矿粉碎后与硫酸锌按1:1的比例混合均匀后，在600℃下焙烧两小时，之后研磨成混合粉末，并用ph为5.3的稀盐酸充分洗涤至无硫酸根为止，最后离心烘干得到样品，能够有效吸附废水中的重金属离子。

但上述发明并没有充分发挥出伊利石层状结构的特点，也没有关注伊利石层间钾离子及层间水对光线传输的特殊作用。近年来紫外线以及由紫外线引发的各种问题日益得到人们的关注。紫外线根据其波长长短可其细分为uva(320～400nm)，uvb(280～320nm)和uvc(200～280nm)。紫外线由于具有较强的穿透力和较高的能量，它不仅会对人体健康造成严重危害，还会大幅加速纺织品、高聚物的老化速度。因此，发展能有效屏蔽紫外线的材料就成为人们关注的热点和研究的重要方向。传统的紫外线屏蔽剂包含有机紫外屏蔽剂和无机紫外屏蔽剂。有机紫外线屏蔽剂主要是通过吸收作用来屏蔽紫外线，常见的有机紫外线屏蔽剂主要包括二苯甲酮类、苯并三啤类等。有机紫外屏蔽剂的缺点在于屏蔽的紫外线波长较短，自身易分解，且不同程度的存在一定毒性，同时其屏蔽紫外线的性能会随着时间的延长而逐渐降低。无机紫外线屏蔽剂则主要通过对紫外线的反射、折射和吸收作用起到屏蔽紫外线的效果，在实际应用中一般以粉体形式存在。常见的无机紫外线屏蔽剂主要有二氧化钛、氧化锌和氧化锰等，但也不可避免的存在光催化活性高、易团聚、生产成本高的缺点。

针对以上问题，本发明提出了直接利用伊利石自身微片层高反光性这一特点，将高纯度的伊利石微纳片层用作紫外屏蔽剂的方法。伊利石为层状硅酸盐材料，由多层同质薄层堆砌而成，层间距很小且充满结晶水。伊利石层间阳离子和层间结合水的折光指数相差较大，当紫外线经过时，伊利石片层和层间会多次反射和折射紫外线，从而起到屏蔽紫外线的作用。在本发明中，通过对伊利石原矿进行提纯和球磨处理，可以获得片层充分剥离的伊利石(平均粒径大约为2um)。相比于普通伊利石，经过高纯超细处理后的伊利石微片层尺寸变得更小，厚度变得更薄，对紫外线的反射和折射作用也更强，可以在更大程度上起到屏蔽紫外线的作用。该料浆辅以少量表面活性剂，充分搅拌后即可获得无机水性抗紫外线整理液，涂于纺织品或高聚物表面可以有效防护紫外线。该方法原料成本低廉、生产工艺简单、产量大、效率高，适合工业化推广应用，高纯超细处理后的伊利石微片层可以有效地屏蔽紫外线，同时对伊利石的更广泛的开发利用有着重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对传统紫外屏蔽剂的缺点，结合伊利石的结构特点，提供了一种简单有效、成本低廉的方法制备具有良好屏蔽紫外线性能的伊利石基抗紫外整理液，实现了对伊利石进一步的开发和利用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

1)将伊利石原矿粉碎后加水配成质量分数为10～20wt％的悬浮液，充分搅拌后静置48h，搅匀后静置1h，取上层浆料加水稀释至含固量为2～10wt％，搅拌1h，静置1h，从中选取伊利石平均粒度低于3微米且纯度超过94wt％的液层，即为高纯度伊利石浆液。

2)将步骤1)得到的高纯伊利石浆液进行球磨处理，大球(φ3)和小球(φ2.2)的质量比例定为2.5:1～2:1.5，球磨处理不同时间即可制得高纯超细伊利石浆料。

3)将步骤2)得到的高纯超细伊利石浆料与适量表面活性剂溶液混合，加水配制成含固量为10～20g/l的悬浮液，搅拌2～12h使其充分分散，即可制得伊利石基抗紫外整理液。将织物置于该整理液中，超声浸渍15min后取出，在室温下自然晾干，即可得到抗紫外整理织物。

所述的表面活性剂，为羟丙基甲基纤维素、十六烷基三甲基溴化铵或聚乙二醇中的一种。

有益效果：本发明针对伊利石的结构特点，对高纯伊利石进行湿法球磨处理，使伊利石片层充分剥离，获得了粒径更小、厚度更薄的伊利石微片层，能够对紫外线起到更强的反射和散射作用，同时也克服了传统矿物型紫外屏蔽剂颗粒粗大、分散不均的问题，从而在不影响纺织品手感的同时更大程度上屏蔽了紫外线的侵害，该方法生产工艺简单、成本低廉、产量大、效率高，得到的伊利石基水相整理液具有较好的屏蔽紫外线性能并保留了伊利石自身成膜性好的优势，可用于纺织品、外墙涂料、户外用品等的抗紫外整理与防护，同时也为伊利石更深层次的开发利用提供新的思路。

附图说明

图1为实施例1方法中球磨1h后伊利石的粒径分布曲线；

图2为实施例1方法中球磨1h后伊利石的sem图片。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明：

实施例1

将吉林安图伊利石原矿粉碎后加水配成质量分数为20％的悬浮液，充分搅拌后静置48h，搅匀后静置1h，取上层浆料加水稀释至含固量为5wt％，搅拌1h，静置1h。取上层液100ml置于球磨罐中，再称取200g氧化锆大球(φ3)和100g氧化锆小球(φ2.2)加入罐中，充分搅拌使其混合均匀。之后进行球磨处理，转速设为1200r/min，球磨1h后获得高纯超细伊利石溶液。对上述样品进行uv-vis紫外透过率测试，结果显示其可以屏蔽52％的uva、59％的uvb和68％的uvc。再将上述高纯超细伊利石溶液加水配制成含固量20g/l的悬浮液，同时加入0.1ghpmc，磁力搅拌12h，即可制得抗紫外整理液。将织物置于整理中，超声浸渍15min取出晾干，在强紫外灯(185nm*2)下辐照8h后，织物的断裂强力保留率为52.6％，相比于未涂层样品提升了35.1％。

实施例2

将吉林安图伊利石原矿粉碎后加水配成质量分数为10％的悬浮液，充分搅拌后静置48h，搅匀后静置1h，取上层浆料加水稀释至含固量为2wt％，搅拌1h，静置1h。取上层液100ml置于球磨罐中，，再称取250g氧化锆大球(φ3)和100g氧化锆小球(φ2.2)加入罐中，充分搅拌使其混合均匀。之后进行球磨处理，转速设为1200r/min，球磨2h后获得高纯超细伊利石溶液。对上述样品进行uv-vis紫外透过率测试，结果显示其可以屏蔽44％的uva、51％的uvb和近60％的uvc。再将上述高纯超细伊利石溶液加水配制成含固量10g/l的悬浮液，同时加入适量聚乙二醇，磁力搅拌12h，即可制得抗紫外整理液。将织物置于整理中，超声浸渍15min取出晾干，在强紫外灯(185nm*2)下辐照8h后，织物的断裂强力保留率为49.5％，相比于未涂层样品提升了27％。

实施例3

将吉林安图伊利石原矿粉碎后加水配成质量分数为20％的悬浮液，充分搅拌后静置48h，搅匀后静置1h，取上层浆料加水稀释至含固量为7wt％，搅拌1h，静置1h。取上层液100ml置于球磨罐中，，再称取200g氧化锆大球(φ3)和150g氧化锆小球(φ2.2)加入罐中，充分搅拌使其混合均匀。之后进行球磨处理，转速设为1200r/min，球磨1h后获得高纯超细伊利石溶液。对上述样品进行uv-vis紫外透过率测试，结果显示其可以屏蔽45％的uva、53％的uvb和62％的uvc。再将上述高纯超细伊利石溶液加水配制成含固量20g/l的悬浮液，同时加入适量hpmc，磁力搅拌12h，即可制得抗紫外整理液。将织物置于整理中，超声浸渍15min取出晾干，在强紫外灯(185nm*2)下辐照8h后，织物的断裂强力保留率为51.1％，相比于未涂层样品提升了31.1％。

实施例4

将吉林安图伊利石原矿粉碎后加水配成质量分数为20％的悬浮液，充分搅拌后静置48h，搅匀后静置1h，取上层浆料加水稀释至含固量为7wt％，搅拌1h，静置1h。取上层液100ml置于球磨罐中，再称取200g氧化锆大球(φ3)和100g氧化锆小球(φ2.2)加入罐中，充分搅拌使其混合均匀。之后进行球磨处理，转速设为1200r/min，球磨1h后获得超细伊利石溶液。对上述样品进行uv-vis紫外透过率测试，结果显示其可以屏蔽55％的uva、65％的uvb和75％的uvc。再将上述高纯超细伊利石溶液加水配制成含固量为15g/l的悬浮液，同时加入适量十六烷基三甲基溴化铵，磁力搅拌12h，即可制得抗紫外整理液。将织物置于整理中，超声浸渍15min取出晾干，在强紫外灯(185nm*2)下辐照8h后，织物的断裂强力保留率为55.8％，相比于未涂层样品提升了43.2％。