专利名称：一种改性超细膨润土的制备方法、制备的改性超细膨润土及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及膨润土制备技术领域，尤其涉及一种改性超细膨润土的制备。
背景技术：
橡胶或者塑料制品加工中需要加入炭黑(包括黑炭黑和白炭黑)、碳酸钙、滑石粉、高岭土等无机添加成分，作为橡胶补强剂和填充剂，其中，炭黑已经伴随橡胶工业尤其是轮胎工业经历了一个多世纪。随着聚合物复合材料的蓬 勃发展和橡胶材料市场的竞争，以及人们对浅色橡胶制品的需求增加，炭黑尤其是黑炭黑作为最主要的补强剂已越来越不能满足橡胶市场的需求。而且，随着人们环保意识的增强，黑炭黑已逐渐被人们所淘汰，目前，在一些发达国家黑炭黑已经不允许作为轮胎填充材料使用。膨润土也称蒙脱土，其英文名为Bentonite，是主要由蒙脱石组成的矿物质。蒙脱石的主要成分是复合硅酸盐。该矿物质为天然纳米级层间距的无机物，片层间距约几十纳米，具有特殊的吸水性、水塑性、粘结性以及较强的离子交换性等，是当今应用范围最广、经济价值较高的粘土矿物之一，它已被广泛应用于冶金、机械、石油、化工、高分子材料和环境保护等各个领域。以高分子为基质，制备纳米蒙脱土复合材料是膨润土的大宗用途之一，用作复合材料的膨润土的制备大体有三种类型方法一是浸溃插层聚合；二是原位包覆合体；三是熔体插层共混。制备纳米级超细膨润土复合高分子材料存在两个瓶颈问题一是超细膨润土的制备，因其矿物体含水高、杂质多、研磨变粘，需解决磨细、分级等技术问题；二是膨润土微粉的表面活化改性，以解决其在高分子基质中的相容性和分散问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种能代替炭黑等作为橡胶补强剂的改性超细膨润土的制备方法、制备的改性超细膨润土及其在橡胶、塑料制品中的应用。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种改性超细膨润土的制备方法，包括如下步骤(I)将粗膨润土干燥粉碎后，经多级水洗除砂，筛选提纯至蒙脱石含量为95wt%以上，加水并调节PH值为7±1，搅拌反应I 12小时，再进行二次提纯至蒙脱石含量为98wt%以上，然后粉碎至3000 5000目的超细膨润土粉体；(2)使用硼酸酯类改性剂，在100 150°C，加压后采用气雾法进行表面活化改性，得到改性超细膨润土产品。其中，所述硼酸酯类改性剂的使用量为超细膨润土的2 3wt%。优选的，所述硼酸酯类改性剂为SB-100型改性剂，是以硼为中心原子的硼酸酯系表面活性剂，是一种中分子两亲型非离子类活性剂。所述SB-100型硼酸酯类改性剂的生产厂家为青岛四维化工有限公司。优选的，步骤(2)中，所述气雾法进行表面活化改性时硼酸酯类改性剂的压力为0. 4 0. 7MPa。其中，所述气雾法表面活化改性是将所述超细膨润土粉体自上而下依次经过至少一个活化改性室，至少进行一次气雾法活化改性，将所述硼酸酯类改性剂溶化后以雾状喷洒到下降中的粉体的表面，对粉体表面进行充分润湿和包覆。所述活化改性室可以是相互串联的罐体，超细膨润土粉体自上而下散落的过程中，溶化后的改性剂自设在罐体的四壁的喷出口中喷洒到粉体表面。优选的，所述气雾法表面活化改性时，所述超细膨润土粉体自上而下依次经过两个活化改性室。 作为一种改进，步骤(I)中超细膨润土粉体的粉碎采用高速旋转高压气流剪切式粉碎，所述高压气流的压力< 0. 3MPa，所述粉碎时的旋转速度> 12000转/分钟。膨润土在彡12000转/分钟的转速带动下高速旋转，加上< 0. 3MPa的高压气流剪切，使得膨润土颗粒做摩擦碰撞剪切式粉碎，达到粉碎成纳米级超细膨润土的目的。所述改性超细膨润土的活化率彡90 %。使用所述改性超细膨润土的制备方法制备的改性超细膨润土，所述改性超细膨润土的粒径为3000 5000目，所述改性超细膨润土的活化率> 90%。所述改性超细膨润土作为橡胶制品中补强剂的应用。所述改性超细膨润土作为塑料制品中补强剂的应用。由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是本发明通过对纳米级超细膨润土使用硼酸酯类改性剂进行表面改性，且改性时采用气雾法进行表面活化改性，改性剂包覆性均匀，因此很好的解决了它与高分子材料的相容性和分散性问题，本发明制备的改性超细膨润土用水中漂浮法测定活化率在90%以上。而且本发明在对膨润土进行粉碎时，采用高速旋转高压气流剪切式粉碎，解决了超细膨润土的粉碎变粘、抱团问题，研磨成5000目的纳米级超细粉体。采用本发明制备的改性超细膨润土，在橡胶制品中，完全可以代替黑炭黑作为橡胶补强剂，可以全部代替或者部分代替白炭黑，用做轮胎制造或者其他浅色橡胶制品；在塑料制品加工中，可全部或者部分代替碳酸钙、滑石粉、高岭土等添加剂，不仅能满足作为补强剂的需要，而且比普通的补强剂耐高温、耐磨、抗老化性能提高70 80%，制作的橡胶或塑料制品使用寿命可增加30%以上。
具体实施例方式下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。实施例I将粗膨润土干燥粉碎后，经多级水洗除砂，筛选提纯至蒙脱石含量为95wt %，加水并调节PH值为6，搅拌反应2小时，再进行二次提纯至蒙脱石含量为98wt %，然后在高压磨内采用高速旋转高压气流剪切式粉碎，高压气流的压力0. 3MPa，转盘旋转速度12000转/分钟，粉碎至3000目的超细膨润土粉体。将超细膨润土粉体自上而下依次经过两个活化改性室，在100°C、0. 7MPa，将SB-100型硼酸酯类改性剂溶化后喷洒到超细膨润土粉体表面，SB-IOO型硼酸酯类改性剂的使用量为超细膨润土粉体的2wt%，采用气雾法进行表面活化改性，使粉体的表面充分润湿和包覆有SB-IOO型硼酸酯类改性剂，得到活化率90%的改性超细膨润土产品。
实施例2将粗膨润土干燥粉碎后，经多级水洗除砂，筛选提纯至蒙脱石含量为95. 5wt%，力口水并调节PH值为7，搅拌反应6小时，再进行二次提纯至蒙脱石含量为98. Swt %，在高压磨内采用高速旋转高压气流剪切式粉碎，高压气流的压力0. 25MPa，转盘旋转速度12500转/分钟，粉碎至4000目的超细膨润土粉体。将超细膨润土粉体自上而下依次经过两个活化改性室，在120°C、0. 5MPa，将SB-100型硼酸酯类改性剂溶化后喷洒到超细膨润土粉体表面，SB-100型硼酸酯类改性剂的使用量为超细膨润土粉体的3wt%，采用气雾法进行表面活化改性，使粉体的表面充分润湿和包覆有SB-100型硼酸酯类改性剂，得到活化率92%的改性超细膨润土产品。实施例3将粗膨润土干燥粉碎后，经多级水洗除砂，筛选提纯至蒙脱石含量为96wt %，加水并调节PH值为8，搅拌反应9小时，再进行二次提纯至蒙脱石含量为98. 5wt %，然后在采用高速旋转高压气流剪切式粉碎，高压气流的压力0. 15MPa，物料旋转速度12800转/分钟，粉碎至5000目的超细膨润土粉体。将超细膨润土粉体自上而下依次经过两个活化改性室，在150°C、0. 4MPa，将SB-100型硼酸酯类改性剂溶化后喷洒到超细膨润土粉体表面，SB-100型硼酸酯类改性剂的使用量为超细膨润土粉体的2. 5wt%，采用气雾法进行表面活化改性，使粉体的表面充分润湿和包覆有SB-100型硼酸酯类改性剂，得到活化率95%的改性超细膨润土广品。实施例4采用实施例I制备的改性超细膨润土在轮胎制造中全部代替白炭黑作为补强剂，得到的橡胶轮胎比使用白炭黑做补强剂耐高温、耐磨、抗老化性能提高70%，使用寿命提高35%。实施例5再用实施例3制备的改性超细膨润土在轮胎制造中全部代替黑炭黑和部分白炭黑作为补强剂，得到的橡胶轮胎比使用黑炭黑和白炭黑做补强剂耐高温、耐磨、抗老化性能提高80 %，使用寿命提高34 %。实施例6采用实施例2制备的改性超细膨润土在塑料制品中全部代替白炭黑作为补强剂，得到的塑料制品比使用白炭黑做补强剂耐高温、耐磨、抗老化性能提高74%，使用寿命提高30%。
权利要求
1.一种改性超细膨润土的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)将粗膨润土干燥粉碎后，经多级水洗除砂，筛选提纯至蒙脱石含量为95wt%以上，加水并调节PH值为7 ±1，搅拌反应I 12小时，再进行二次提纯至蒙脱石含量为98wt%以上，然后粉碎至3000 5000目的超细膨润土粉体； (2)使用硼酸酯类改性剂，在100 150°C，加压后采用气雾法进行表面活化改性，得到改性超细膨润土产品。
2.如权利要求I所述的改性超细膨润土的制备方法，其特征在于所述硼酸酯类改性剂为SB-100型改性剂，所述硼酸酯类改性剂的使用量为超细膨润土的2 3wt%。
3.如权利要求I所述的改性超细膨润土的制备方法，其特征在干步骤(2)中，所述气雾法进行表面活化改性时硼酸酯类改性剂的压カ为O. 4 O. 7MPa。
4.如权利要求I所述的改性超细膨润土的制备方法，其特征在于所述气雾法表面活化改性是将所述超细膨润土粉体自上而下依次经过至少ー个活化改性室，将所述硼酸酯类改性剂溶化后以雾状喷洒到粉体的表面，对粉体表面进行充分润湿和包覆。
5.如权利要求4所述的改性超细膨润土的制备方法，其特征在于所述气雾法表面活化改性时，所述超细膨润土粉体自上而下依次经过两个活化改性室。
6.如权利要求I所述的改性超细膨润土的制备方法，其特征在于步骤(I)中超细膨润土粉体的粉碎采用高速旋转高压气流剪切式粉碎，所述高压气流的压カ< O. 3MPa，所述粉碎时的旋转速度> 12000转/分钟。
7.如权利要求I至6所述的任一种改性超细膨润土的制备方法，其特征在于所述改性超细膨润土的活化率> 90 %。
8.使用权利要求7所述的改性超细膨润土的制备方法制备的改性超细膨润土，其特征在于所述改性超细膨润土的粒径为3000 5000目，所述改性超细膨润土的活化率彡 90%。
9.如权利要求8所述的改性超细膨润土作为橡胶制品中补强剂的应用。
10.如权利要求8所述的改性超细膨润土作为塑料制品中补强剂的应用。
全文摘要
本发明公开了一种改性超细膨润土的制备方法、制备的改性超细膨润土及其应用，包括如下步骤(1)将粗膨润土干燥粉碎、经多级水洗除砂，提纯至蒙脱石含量为95wt％以上，加水并调节pH值为7±1，搅拌反应1～12小时，再进行二次提纯至蒙脱石含量为98wt％以上，然后粉碎至3000～5000目的超细膨润土粉体。(2)使用硼酸酯类改性剂，在100～150℃，加压后采用气雾法进行表面活化改性，得到改性超细膨润土产品。本发明解决了超细膨润土与高分子材料的相容性和分散性问题，采用本发明制备的改性超细膨润土，用做橡胶或塑料制品加工中，不仅能满足作为补强剂的需要，而且制作的橡胶或塑料制品使用寿命可增加30％以上。
文档编号C09C3/08GK102660159SQ20121011504
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者王松之, 赵玉梅, 陈占勋 申请人:山东华潍膨润土有限公司