专利名称：干法快速制备插层型蛭石的方法
技术领域：
本发明涉及对蛭石以及蛭石精矿进行干法有机插层改性，从而快速得到插层型蛭石的技术。它是制备的蛭石纳米复合材料的一种前期工艺。
背景技术：
蛭石是一种2∶1型层状结构的含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，主要为黑云母和金云母经低温热液作用的蚀变产物，其化学式为Mgx(H2O){Mg3-x[AlSi3O10](OH)2}，包括粘土矿物原料蒙脱石-蛭石族的层状硅酸盐，如蒙脱石、蛭石、贝得石、囊脱石、铬蒙脱石、锂蒙脱石、镁蒙脱石、累托石、钠累托石、皂石、锌皂石、滑皂石、斯皂石、锂皂石以及无铝锌皂石等。蛭石的晶体结构由两层硅氧四面体网层夹一层镁氧八面体层所组成的单位结构层构成，由于硅氧四面体中常存在Al替代Si，所以蛭石结构层常呈负电性，因此结构层间存在阳离子来促进电价的平衡，即可交换性阳离子。同时蛭石结构层间最高可存在两层水分子，其间为交换性阳离子所联接。蛭石的这种结构使其具有优异的离子交换性、热膨胀性、吸附性而成为非金属矿中的一种重要的工业矿物，目前被广泛应用于建筑、节能、环保、农牧业、园艺等领域。
随着层状硅酸盐(如蒙脱石)聚合物纳米复合材料制备技术的完善和发展，蛭石因具有类似于蒙脱石的晶体结构以及层间阳离子交换性而受到了越来越多的重视。近来，国内外出现了一些有关聚合物/蛭石纳米复合材料的研究报道，其中主要采用溶液搅拌法，利用搅拌器对蛭石及插层剂溶液混合搅拌进行有机化插层。但是该法存在插层速度慢、插层率低、工艺复杂的缺点，从而导致其成本高、工业化困难。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明通过HAAKE流变仪提供的强机械力作用，在短时间内即可得到层间距为4.03nm～5.25nm的插层蛭石。同时由于有机物的插入，使得蛭石结构层间的结合力减弱，蛭石片层被进一步剥离和细化，从而也产生了较好的超细效果。特别值得指出的是，本发明利用HAAKE流变仪成功地实现了蛭石的干法插层工艺，这种工艺与传统的溶液搅拌法相比，没有液相的引入，因而具有简易、高效、环保的特性，极具工业化前景。
本发明的目的在于提供一种高效、实用、简便的方法对蛭石进行插层，其工艺流程不仅利于工业化生产，更为进一步制得蛭石/聚合物纳米复合材料在理论和实践上作出准备。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种干法快速制备插层型蛭石的方法，其特征在于以蛭石原矿为原料，以季铵盐为插层剂，通过HAAKE扭矩流变仪对蛭石进行有机插层改性，从而制备一种插层型蛭石。
如上说述的方法具体为1)蛭石原样粉碎并称重，加入季铵盐，使季铵盐的阳离子交换容量(CEC)为蛭石阳离子交换容量(CEC)的1～4倍；2)将步骤1)所得样品于常压100～180℃的下，在HAAKE扭矩流变仪中混合搅拌15～30min，即可得到插层型蛭石。
上述步骤1)中，作为插层剂的季铵盐优选十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵中的一种；上述步骤1)中，季铵盐的阳离子交换容量(CEC)蛭石阳离子交换容量(CEC)优选为2∶1；上述步骤2)中，步骤1)所得样品的混合搅拌温度为120℃。
本发明采用的上述方法，可以使季铵盐快速插入蛭石结构层间，并使其(001)晶面间距由原矿的1.46nm增大到5.25nm。与现有的插层工艺相比，本发明能够产生快速、高效的插层反应，减少插层反应的时间、提高插层反应效率；尤其是插层过程中没有液相的引入，可去除工艺流程中的烘干过程，大幅度地简化了工艺。
图1是本发明实施实例1的蛭石原料和十二烷基三甲基溴化铵插层蛭石的XRD2是本发明实施实例1的蛭石原料和十六烷基三甲基溴化铵插层蛭石的XRD3是本发明实施实例2的蛭石原料和十八烷基三甲基溴化铵插层蛭石的XRD图具体实施方式
实施实例1将石家庄市东平矿业建材厂蛭石经过气流磨粉碎，并过100目筛得原料蛭石VMT，其化学组成为SiO241.2％，AL2O312.68％，MgO24.22％，CaO0.96％，FeO1.54％，Fe2O34.06％，TiO21.33％，K2O5.97％，P2O50.06％，H2O3％，Na2O1.6％，MnO0.043％，TiO5.097％，烧失6.71％。
把40克VMT样品与2倍CEC的十二烷基三甲基溴化铵放入HAAKE扭矩流变仪中，在120℃下，以120rpm的转速混合搅拌30min，取出的样品经过离心、过滤，用去离子水反复洗涤5到7次，经Ag+检测无白色沉淀(AgBr)产生，最后把经过离心、过滤所得的样品烘干并研磨成粉状，得到样品VMT12H。分别对VMT、VMT12H作X射线粉晶衍射(XRD)测试，其对应的图谱分别如图2所示。
图2为样品VMT、VMT12H的XRD对比图谱，图中VMT的(001)面衍射峰的d值即(001)晶面间距为1.46nm。VMT12H的d值为1.46nm的衍射峰并未消失，同时出现4.03nm的新衍射峰。说明经过干法插层后，插层剂十二烷基三甲基溴化铵已部分插入蛭石的结构层之间，从而把其层间距由原来的1.46nm撑大到了4.02nm。
实施实例2把40克VMT样品与2倍CEC的十六烷基三甲基溴化铵放入HAAKE扭矩流变仪中，在120℃下，以120rpm的转速混合搅拌30min，取出的样品经过离心、过滤，用去离子水反复洗涤5到7次，经Ag+检测无白色沉淀(AgBr)产生，最后把经过离心、过滤所得的样品烘干并研磨成粉状，得到样品VMT16H。分别对VMT、VMT12H作X射线粉晶衍射(XRD)测试，其对应的图谱分别如图3所示。
图3为样品VMT、VMT16H的XRD对比图谱，图中VMT的(001)面衍射峰的d值即(001)晶面间距为1.46nm。VMT16H的d值为1.46nm的衍射峰消失，同时出现5.25nm的新衍射峰。说明经过干法插层后，插层剂十六烷基三甲基溴化铵已完全插入蛭石的结构层之间，从而把其层间距由原来的1.46nm撑大到了5.25nm，同时使d值为1.46nm的原(001)晶面衍射峰消失。
实施实例3把40克VMT样品与2倍CEC的十八烷基三甲基溴化铵放入HAAKE扭矩流变仪中，在120℃下，以120rpm的转速混合搅拌30min，取出的样品经过离心、过滤，用去离子水反复洗涤5到7次，经Ag+检测无白色沉淀(AgBr)产生，最后把经过离心、过滤所得的样品烘干并研磨成粉状，得到样品VMT18H。分别对VMT、VMT18H作X射线粉晶衍射(XRD)测试，其对应的图谱分别如图4所示。
图4为样品VMT、VMT18H的XRD对比图谱，图中VMT的(001)面衍射峰的d值即(001)晶面间距为1.46nm。VMT18H的d值为1.46nm的衍射峰消失，同时出现4.58nm的新衍射峰。说明经过干法插层后，插层剂十八烷基三甲基溴化铵已完全插入蛭石的结构层之间，从而把其层间距由原来的1.46nm撑大到了4.58nm，同时使d值为1.46nm的原(001)晶面衍射峰消失。
权利要求
1.一种干法快速制备插层型蛭石的方法，其特征在于，以蛭石原矿为原料，以季铵盐为插层剂，通过HAAKE扭矩流变仪对蛭石进行有机插层改性，从而制备一种插层型蛭石，具体包括如下步骤1)蛭石原样粉碎并称重，加入季铵盐，使季铵盐的阳离子交换容量为蛭石阳离子交换容量的1～4倍；2)将步骤1)所得样品于常压100～180℃的下，在HAAKE扭矩流变仪中混合搅拌15～30min，即可得到插层型蛭石。
2.如权利要求1所述的干法快速制备插层型蛭石的方法，其特征在于，所述步骤1)中，作为插层剂的季铵盐优选十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵中的一种。
3.如权利要求1所述的干法快速制备插层型蛭石的方法，其特征在于，所述步骤1)中，季铵盐的阳离子交换容量蛭石阳离子交换容量优选为2∶1。
4.如权利要求1所述的干法快速制备插层型蛭石的方法，其特征在于，所述步骤2)中，步骤1)所得样品的混合搅拌温度为120℃。
全文摘要
本发明公开了一种干法快速制备插层型蛭石的方法，其特征是以蛭石原矿为原料，经过气流磨粉碎，以季铵盐为插层剂，按一定比例在HAAKE扭矩流变仪中以100～180摄氏度混合搅拌，即可得到插层型蛭石。蛭石(001)晶面层间距被撑大到4.03～5.25nm。本发明不同于传统加热搅拌法制备插层粘土矿物，其优点在于，插层过程中没有液相的引入，最终产物无需烘干，大幅度简化了插层工艺；并且能够减少插层反应的时间，提高插层反应效率。
文档编号C04B14/20GK1800072SQ200510110950
公开日2006年7月12日 申请日期2005年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者吴驰飞, 韩炜, 张尧, 刘炜, 张喜亮, 郭卫红, 李慧 申请人:华东理工大学