一种叶蜡石基纳米复合粉体的制备方法

专利名称：一种叶蜡石基纳米复合粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种叶蜡石基纳米复合粉体的制备方法，属于新材料和矿产开发与应
用领域。
背景技术：
叶腊石[Al2(0H)2(Si205) 2]2是粘土矿物的一种，主要由石英、高岭石、绢云母组成，
属结晶结构2 : i型层状含水铝硅酸盐矿物，结构单元层由两个"硅-氧四面体"，一个"氢
氧铝石层"组成。理论化学组份为:A1203 28. 3%，Si02 66 . 7%，H20 5. 0% ，此外含有Fe，Mg，Ca， K， Na等少量杂质。 天然产出的叶腊石单晶体(单斜晶系)少见，常呈叶片状、鳞片状、放射状、纤维状或柱状集合体，具珍珠光泽或蜡状光泽。矿物有白、浅黄、浅绿、砖红和灰褐等色，微半透明。叶腊石质地细腻具滑腻感，硬度低(l-2)，比重2.65-2.90g/cm 耐火度〉170(TC，导热、导电率低，绝缘性能好，化学性能稳定，只有在高温下才能被硫酸分解。 中国是叶蜡石资源大国，年总产量约占世界年总产量的40%左右，但在开采过程中，资源浪费十分严重，采富弃贫，回收率低是在矿山开采中是司空见惯的，因此加大低铝叶蜡石的开发利用具有重要意义。 中国专利局1999.09.22日公开的"可分散的硅铝酸盐的制备方法"(公开号1229056)，涉及一种可分散在水和/或酸溶液介质中的高纯度硅铝酸盐的制备方法，它通过铝化合物和硅酸化合物的水解及热处理而实现。 中国专利局2005. 11. 02日公开的"一种纳米硅铝复合材料的制造方法"(公开号CN 1689971A)，涉及一种分散于溶剂乙醇中的叶蜡石纳米分散乳液，它以叶蜡石为原料，通过水浸泡叶蜡石粉，加入硅烷偶联剂经疏水处理，再用表面活性剂包裹处理，分散于相应溶剂中制得纳米分散乳液。 中国专利局2007. 05. 02日授权的"一种以叶腊石制造生产硅铝复合物填充料的方法"(专利号ZL 2004 1 0066103. 4)，涉及一种以叶腊石为原料制造生产硅铝复合物填充料的方法，它是将叶腊石粉碎得到叶腊石矿粉，然后将叶腊石矿粉经煅烧后进行酸洗、浮选、干燥等工艺制得产品。 通过目前掌握的国内外文献资料分析，国内外的科技工作者对于矿物材料的改性及应用都作了大量的研究开发工作。目前研究主要还是集中在高岭土、碳酸钙等矿产资源的改性应用上，对于叶腊石的应用研究工作相对还很少，应用低铝叶蜡石和高岭土、超细二氧化硅为原料进行煅烧、复配，经两次表面偶联改性工艺制备粉体，又能应用于橡胶补强，性能可以和高耐磨炭黑相媲美的产业化叶蜡石产品的研发还没有报道。

发明内容
本发明拟解决的技术问题是提供一种叶蜡石基纳米复合粉体的制备方法。这种粉体可以在一定比例内取代高耐磨炭黑应用于丁苯橡胶产品而不降低橡胶产品的主要力学性能。 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案以低铝叶蜡石、高岭土、纳米Si02粉 体为主要原料，利用硅烷和钛酸酯偶联剂为表面改性剂，通过高温煅烧、表面偶联处理等工 艺，制备出丁苯橡胶补强用叶蜡石基纳米复合粉体。 本发明是一种叶蜡石基纳米复合粉体的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过 程和步骤 1.所述叶蜡石为200-300目低铝叶蜡石粉，叶蜡石粉的A1A含量为小于20X，并 经500-700。C煅烧、包装、备用。 2.所述高岭土为200-300目高岭土，经500-700。C煅烧、包装、备用。 3.所述二氧化硅粉体为超细粉体，平均粒径小于0. 5iim，经100-20(TC烘干、包
装、备用。 4.所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂或二者的复配物，偶联剂的加入总量 为固体基料的0. 5-2% 。硅烷偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、3_縮水甘油醚氧基丙基 三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、双_(3-(三乙氧基硅烷)_丙基)_四 硫化物，钛酸酯偶联剂包括异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、四异丙基二 (二辛基 亚磷酸酰氧基)钛酸酯。 5.混料、研磨、过滤、干燥将1、2、3中的备用原料按比例混合，加适量水和部分偶
联剂后进行研磨，研磨至平均粒径小于2 ii m停止研磨，进行过滤、干燥。 6.偶联处理将5中所得粉体在偶联机中，于100-12(TC温度下进行表面改性即得
到本发明的产品。 7.本发明粉体的配方如下(wt% ):基料叶蜡石粉50-90，高岭土 0-20， 二氧化硅 粉体10-30。偶联剂0. 5-2. 0
具体实施方式

实施例1 : 在开动搅拌的搅拌罐里于50kg去离子水中，依次加入八1203含量为8%的叶蜡石
粉10kg，高岭土 2kg， 二氧化硅粉体2kg，搅拌均匀后加入0. 07kg 3-氨丙基三乙氧基硅烷，
继续搅拌1小时，然后进行研磨，研磨至平均粒径小于2ym开始过滤、烘干、粉碎。粉碎后
的粉体在偶联机上用0. lkg 3-氨丙基三乙氧基硅烷进行偶联改性，即制得叶蜡石基纳米
复合粉体。 实施例2: 在开动搅拌的搅拌罐里于501^去离子水中，依次加入八1203含量为15%的叶蜡石 粉10kg，高岭土 2kg， 二氧化硅粉体2kg，搅拌均匀后加入0. 07kg3_縮水甘油醚氧基丙基三 甲氧基硅烷，继续搅拌1小时，然后进行研磨，研磨至平均粒径小于2 i！ m开始过滤、烘干、粉 碎。粉碎后的粉体在偶联机上用0. lkg 3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷进行偶联改
性，即制得叶蜡石基纳米复合粉体。
实施例3 : 在开动搅拌的搅拌罐里于50kg去离子水中，依次加入A1^3含量为18%的叶蜡石 粉10kg，高岭土 2kg， 二氧化硅粉体2kg，搅拌均匀后加入0.甲氧基硅烷，继续搅拌1小时，然后进行研磨，研磨至平均粒径小于2 m开始过滤、烘干、粉碎。粉碎后的粉体在偶联机上用0. lkg 3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行偶联改
性，即制得叶蜡石基纳米复合粉体。
实施例4 : 在开动搅拌的搅拌罐里于601^去离子水中，依次加入八1203含量为15%的叶蜡石粉15kg，高岭土3kg，二氧化硅粉体2kg，搅拌均匀后加入0. lkg 3-氨丙基三乙氧基硅烷，继续搅拌1小时，然后进行研磨，研磨至平均粒径小于2 ii m开始过滤、烘干、粉碎。粉碎后的粉体在偶联机上用0. 15kg 3-氨丙基三乙氧基硅烷进行偶联改性，即制得叶蜡石基纳米复合粉体。 实施例5 : 在开动搅拌的搅拌罐里于50kg去离子水中，依次加入A1^3含量为18%的叶蜡石粉10kg，高岭土 3kg，二氧化硅粉体2kg，搅拌均匀后加入0. lkg 3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，继续搅拌1小时，然后进行研磨，研磨至平均粒径小于2 ii m开始过滤、烘干、粉碎。粉碎后的粉体在偶联机上用0. 15kg 3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行偶联改性，即制得叶蜡石基纳米复合粉体。
实施例6 : 在开动搅拌的搅拌罐里于50kg去离子水中，依次加入A1^3含量为18%的叶蜡石粉12kg，高岭土 3kg，二氧化硅粉体2kg，搅拌均匀后加入0. lkg 3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，继续搅拌1小时，然后进行研磨，研磨至平均粒径小于2 ii m开始过滤、烘干、粉碎。粉碎后的粉体在偶联机上用0. 12kg异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯进行偶联改性，即制得叶蜡石基纳米复合粉体。
实施例7: 在开动搅拌的搅拌罐里于50kg去离子水中，依次加入A1^3含量为18%的叶蜡石粉12kg，高岭土 3kg， 二氧化硅粉体2kg，搅拌均匀后加入0. lkg双-(3-(三乙氧基硅烷)_丙基)-四硫化物，继续搅拌1小时，然后进行研磨，研磨至平均粒径小于2ym开始过滤、烘干、粉碎。粉碎后的粉体在偶联机上用0. 15kg双_(3-(三乙氧基硅烷)-丙基)-四硫化物进行偶联改性，即制得叶蜡石基纳米复合粉体。
实施例8 : 在开动搅拌的搅拌罐里于50kg去离子水中，依次加入A1^3含量为10%的叶蜡石粉12kg，高岭土3kg，二氧化硅粉体2kg，搅拌均匀后加入0. lkg双-(3-(三乙氧基硅烷)-丙基)-四硫化物，继续搅拌1小时，然后进行研磨，研磨至平均粒径小于2ym开始过滤、烘干、粉碎。粉碎后的粉体在偶联机上用0. 15kg四异丙基二 ( 二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯进行偶联改性，即制得叶蜡石基纳米复合粉体。 将本发明产品部分取代高耐磨炭黑作为补强剂使用，取得了理想的效果。
本发明与背景技术相比较，使用低铝叶蜡石并复配高岭土和超细二氧化硅，使得原料来源更加广泛，对于贫矿开发具有现实意义。通过研磨过程加入表面偶联改性剂使得粉体粒度容易控制，不用酸洗、亦不用分散在有机溶剂中制成料浆，优化了工艺，无三废污染，实现了绿色化工工艺。同时产品成本较低，易于工业推广应用。
权利要求
一种叶蜡石基纳米复合粉体的制备方法，其特征在于，主要原料为低铝叶蜡石、高岭土、超细二氧化硅粉体、硅烷和钛酸酯偶联剂，固体原料均经不同温度进行预处理，然后进行研磨和表面改性，制得本发明粉体。
2. 根据权利要求1所述的叶蜡石基纳米复合粉体的制备方法，其特征在于叶蜡石的 A1203含量为5-20% ，并经500-700。C煅烧，高岭土为200-300目粉体，经500-700。C煅烧，超 细二氧化硅粉体平均粒径小于0. 5 ii m，经100-20(TC烘干。
3. 根据权利要求1所述的叶蜡石基纳米复合粉体的制备方法，其特征在于原料配方的 组成范围为(wt% ):基料叶蜡石粉50-90，高岭土 0-20，超细二氧化硅粉体10-30。偶联 剂0. 5-2. 0。
4. 根据权利要求l所述的叶蜡石基纳米复合粉体的制备方法，其特征在于使用的 偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂或二者的复配物，偶联剂的加入总量为固体基料的 0. 5-2. 0% 。硅烷偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅 烷、3_甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、双_ (3-(三乙氧基硅烷)_丙基)_四硫化物。钛 酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、四异丙基二 (二辛基亚磷酸酰氧 基)钛酸酯。
5. 根据权利要求1、4所述的叶蜡石基纳米复合粉体的制备方法，其特征在于偶联 剂分两次加入，湿法研磨时加入偶联剂总量的10-50%，干法偶联时加入偶联剂总量的 50-90%。
6. 根据权利要求1所述的叶蜡石基纳米复合粉体的制备方法，其特征在于复合粉体的 平均粒径小于2iim。
全文摘要
本发明涉及一种叶蜡石基纳米复合粉体的制备方法，它以低铝叶蜡石、高岭土、超细二氧化硅粉体为固体原料，用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂为表面改性剂。叶蜡石粉的Al2O3含量为小于20％，并经500-700℃煅烧，高岭土为200-300目粉体，经500-700℃煅烧，超细二氧化硅粉体的平均粒径小于0.5μm，经100-200℃烘干。偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂或二者的复配物。配方(wt％)为叶蜡石粉50-90，高岭土0-20，超细二氧化硅粉体10-30，偶联剂0.5-2.0。偶联剂分两次加入，湿法研磨时加入偶联剂总量的10-50％，干法偶联时加入偶联剂总量的50-90％。复合粉体的平均粒径小于2μm。
文档编号C09C3/08GK101760054SQ200810163819
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者刘海涛, 张景峰, 林实俄, 林雪青, 翁学军 申请人:温州大学;浙江省泰顺县聚俄高分子材料应用研究所