包含合成矿物颗粒的组合物的制备方法和该组合物的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种制备包含合成矿物颗粒的组合物的方法，其中制备所述合成矿物颗粒的水凝胶前体所用的共沉淀反应是如下化合物之间进行的：至少一种包含硅的化合物，和至少一种包含至少一种金属元素的化合物，其特征在于，所述共沉淀反应是在化学式为R2-COOM′的至少一种羧酸盐的存在下发生的，在化学式R2-COOM′中：M′代表选自Na和K的金属，而R2选自H和具有少于5个碳原子的烷基基团。本发明还涉及一种包含通过这种方法得到的合成矿物颗粒的组合物。
【专利说明】包含合成矿物颗粒的组合物的制备方法和该组合物
发明领域
[0001]本发明涉及一种包括合成矿物颗粒的组合物的制备方法以及包括合成矿物颗粒的组合物。
【背景技术】
[0002]在全文中，术语“矿物颗粒”是指所有不含碳的非有机颗粒，如果有的话，则为碳酸盐或氰化物的形式。
[0003]在全文中，术语“水热处理”是指在如压热器的封闭容器中在有水存在的情况下的在预定温度和高于大气压的压力下实施的所有处理。
[0004]如硼酸盐或硅酸盐的许多矿物质被用于各种工业领域。在诸如热塑性塑料、弹性体、纸张、油漆、清漆、纺织品、冶金、医药、日化的许多行业中，如滑石的页硅酸盐矿物颗粒例如被以细微颗粒的形式使用，在农药又或肥料产品中，其中通过掺入到组合物中将如滑石的页硅酸盐作为惰性填料(用于其化学稳定性又或用于稀释成本较高的活性化合物)或功能性填料(例如用于提高一些材料的机械性能)使用。
[0005]天然滑石是一种化学式为Si4Mg3Oitl(OH)2的水合硅酸镁，属于页硅酸盐类。页硅酸盐由晶体结构基层的不规则叠层构成，其数目从几个单位到几十个单位。在页硅酸盐(层状硅酸盐)中，包括尤其是滑石、云母和蒙脱石的组群具有以下特征:通过位于八面体层两侧的两个四面体层的结合形成各个基本层。该组群对应于2/1页硅酸盐，其尤其为蒙脱石的一部分。由于其结构，2/1页硅酸盐也被定性为T.0.T类型(四面体-八面体-四面体)。
[0006]2/1页硅酸 盐的八面体层由两个离子02_和0!1_的晶面形成(摩尔比02_/0!1_为2:1)。该中间层的两侧布置有四面体的二维网络，四面体的一个顶点被八面体层的氧占据，而其他三个顶点被基本上共面的氧占据。
[0007]对于许多应用，关于滑石，高纯度的、微细的颗粒和良好的结晶特性是理想的，因为这是最终产品质量的决定性因素。
[0008]然而，通过滑石的研磨和加工由天然滑石块制备粉末化组合物却不能控制所得到的滑石颗粒的纯度、层数和尺寸。另外，天然滑石的研磨导致无法挽回的滑石非晶化，或至少导致其结晶度的显著下降。
[0009]在这方面，W02008/009799提供了通过对化学式为(SixGe1J4M3O11, V H2O的硅/锗-金属水凝胶在温度在300°C和600°C之间的液体状态下进行的水热处理制备包含化学式为(SixGe1J4M3Oltl(OH)2的至少一种硅/锗-金属合成矿物的滑石化合物。根据W02008/009799的这种滑石组合物包含化学式为(SixGe1J4M3Oltl(OH)2的硅/锗-金属颗粒，其呈现了与天然滑石相似的结构，并在X射线的衍射上呈现了一些滑石的特征性衍射射线，即对应于晶面(001)、(020)、(003)和(060)的衍射射线。
[0010]而且，根据W02008/009799的方法，虽然允许制备与滑石相近纯度的可被控制的合成矿物质，但仍难以符合高工业要求，就效率而言，难以获得盈利和合成矿物颗粒的结构上的高质量。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提供一种制备包含合成矿物颗粒的组合物的改进方法。
[0012]本发明的目的还在于提供一种制备包含硅酸盐合成矿物颗粒的组合物的改进方法。
[0013]本发明的目的在于提供一种制备包含呈现至少一个非溶胀相的合成矿物颗粒的组合物的改进方法。
[0014]本发明的目的在于提供一种制备包含合成矿物颗粒的组合物的方法，更具体地涉及页硅酸盐合成矿物颗粒，其呈现有改进的结构性能。
[0015]本发明的目的在于提供一种制备包含合成矿物颗粒的组合物的方法，其中相对于现有技术中描述的制备这种化合物的方法中所需的制备持续时间，本发明的方法的制备持续时间明显地被减少了。
[0016]本发明的目的还在于提供一种制备滑石组合物的方法，其中在降低的温度下和/或减少的持续时间内对硅/锗-金属水凝胶执行水热处理，并允许得到包含呈现改进性能的页硅酸盐颗粒的滑石组合物。
[0017]本发明的目的在于提供这种实施起来简单和快速的方法，且符合工业开采的制约规定。
[0018]本发明的目的在 于提供一种制备组合物的方法，化合物包含高纯度的页硅酸盐合成矿物颗粒、包含具有一定层数和细微颗粒尺寸的和低色散的、有改进的晶体结构和热稳定的合成矿物颗粒。
[0019]本发明的目的还在于提供一种包含呈现了尤其是改进结构性能的合成矿物颗粒的组合物。
[0020]本发明的目的还在于提供一种包含页硅酸盐合成矿物颗粒的组合物，在其各种应用中，页硅酸盐合成矿物颗粒可被用于代替天然滑石。
[0021]要做到这点，本发明涉及一种制备包含合成矿物颗粒的组合物的方法，其中制备所述合成矿物颗粒的水凝胶前体所用的共沉淀反应是在如下化合物之间进行的:
[0022]-至少一种包含硅的化合物，和
[0023]-至少一种包含至少一种金属元素的化合物，
[0024]其特征在于，所述共沉淀反应是在化学式为R2-COOM'的至少一种羧酸盐的存在下发生的，在化学式R2-COOM'中:
[0025]-W代表选自Na和K的金属，和
[0026]-R2选自H和具有少于5个碳原子的烷基基团。
[0027]事实上，本发明人已经惊奇地发现，在根据本发明的方法中，在如前面定义的化学式为R2-COOM'的至少一种羧酸盐存在下，制备合成矿物颗粒的水凝胶前体并允许得到呈现有改进性能的合成矿物颗粒。对本发明所得到的令人惊讶的结果不能给出明确的解释，本发明尤其允许通过在水凝胶前体的制备介质中简单地添加化学式为R2-COOM'的这种羧酸盐，以制备包含特别是在结晶性方面呈现出改进性能的合成矿物颗粒的组合物。更具体而言，根据本发明的方法还允许制备包含呈现的结构性能非常接近天然滑石、和尤其比现有技术的滑石组合物更接近天然滑石的合成矿物颗粒的组合物。[0028]有利地并根据本发明，对于包含至少一种金属元素的化合物，可利用所有适合的金属化合物在所述合成矿物颗粒的所述水凝胶前体的所述共沉淀反应中进行反应。有利地并根据本发明，所述包含至少一种金属元素的化合物为化学式为M(R1COO)2的二羧酸盐，其中:
[0029]-R1选自H和具有少于5个碳原子的烷基基团，和
[0030]-M代表式Mgy⑴Coy⑵Zny⑶Cuy⑷Mny(5)Fey(6)Niy07)Cry(8)的至少一种二价金属;每个y(i)代表一个区间[O ；1]的实数，且使
【权利要求】
1.一种制备包含合成矿物颗粒的组合物的方法，其中通过如下化合物之间的共沉淀反应来制备所述合成矿物颗粒的水凝胶前体: -至少一种包含硅的化合物，和 -至少一种包含至少一种金属元素的化合物， 其特征在于，所述共沉淀反应是在至少一种化学式为R2-COOM'的羧酸盐存在下发生的，其中: -W代表选自Na和K的金属，和 -R2选自H和具有少于5个碳原子的烷基基团。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述包含至少一种金属元素的化合物为化学式M(R1COO)2的二羧酸盐，其中: -R1选自H和具有少于5个碳原子的烷基基团，和， -M代表式Mgy⑴Coy⑵Zny⑶Cuy⑷Mny(5)Fey(6)Niy(7)Cry(8)的至少一种二价金属;每个y(i)代
表一个区间[O ；1]的实数，且使
3.根据权利要求1或2其中一项所述的方法，其特征在于，接下来对所述水凝胶进行水热处理，以得到所述合成矿物颗粒。
4.根据权利要求1到3其中一项所述的方法，其特征在于，直接在所述水凝胶前体的共沉淀介质中进行水热处理。
5.根据权利要求1到4其中一项所述的方法，其特征在于，基团R1和R2选自CH3-、CH3-CH2-和 CH3-CH2-CH2-。
6.根据权利要求1到5其中一项所述的方法，其特征在于，所述基团Rl和R2是相同的。
7.根据权利要求1到6其中一项所述的方法，其特征在于，使用硅酸钠作为所述包含硅的化合物。
8.根据权利要求1到7其中一项所述的方法，其特征在于，所述合成矿物颗粒是硅酸盐矿物颗粒。
9.根据权利要求1到8其中一项所述的方法，其特征在于，所述合成矿物颗粒是页硅酸盐矿物颗粒。
10.根据权利要求1到9其中一项所述的方法，其特征在于，所述合成矿物颗粒的水凝胶前体是化学式为(SixGe1J4M3O11, n' H2O的硅/锗-金属水凝胶，其中: -X为在区间[O ；1]的实数， -n'是关联于与所述硅/锗-金属水凝胶相关联的一定数量的水分子。
11.根据权利要求1到10其中一项所述的方法，其特征在于，化学式为R2-COOMi的羧酸盐按照相对于硅的摩尔比R2-COOM' /Si在0.1和9之间存在。
12.根据权利要求3到11其中一项所述的方法，其特征在于，执行所述水热处理的温度在150°C和400°C之间。
13.根据权利要求3到12其中一项所述的方法，其特征在于，执行所述水热处理的压力在 5bars 和 200bars 之间。
14.一种包含根据权利要求1到13的其中一项所述方法得到的合成矿物颗粒的组合物，其特征在于，所述组合物在X射线衍射上呈现如下的特征衍射线: -位于距离在9.40人和9.90人之间的晶面(001)； -位于距离在4.60人湘4.80A之间的晶面(002)； -位于距离在3.10A:和3.20人之间的晶面(003)； -位于距离在1.51人:和1.53人之间的晶面(060)； 晶面(002)的特征衍射线的强度大于相应于位于距离在4.40人和4.60人之间的晶面(020)的信号强度，而且晶面(001)的特征衍射线的强度与晶面(003)的特征衍射线的强度之间的比值在0.60和1.50之间。
15.根据权利要求14所述的组合物，其特征在于，所述合成矿物颗粒为具有由2/1页硅酸盐类型的基层堆叠形成的至少一个非溶胀相的矿物颗粒，且化学式为(SixGe1J4M3010(OH)2，其中: -X为在区间[0，1]的实数，-M代表式Mgy⑴Coy⑵Zny⑶Cuy⑷Mny(5)Fey(6)Niy(7)Cry(8)的至少一种二价金属;每个y(i)代
R表一个区间[O ；i]的实数，且使
16.根据权利要求14或15其中一项所述的组合物，其特征在于，所述组合物呈现有在近红外范围中位于δΟΟΟαH-1和δδΟΟαH-1之间的振动频带,相应于与层边缘相连的水的存在。
【文档编号】C01B33/38GK103827032SQ201280033867
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年7月6日 优先权日:2011年7月7日
【发明者】C·勒鲁, F·马丁, P·米库, A·迪马 申请人:国立科学研究中心, 保尔·萨巴梯埃-图卢兹第三大学