一种水性涂料用混维凹凸棒石黏土稳定悬浮液的制备方法

本发明涉及一种水性涂料用稳定高悬浮流变助剂，具体涉及一种水性涂料用混维凹凸棒石黏土稳定悬浮液的制备方法，属于黏土矿物高值化应用。

背景技术：

1、凹凸棒石是一种天然2:1 型层链状含水富镁铝黏土矿物，具有独特的棒状形貌。当其分散于水中时，在静电力、范德华力以及水合力的作用下，棒晶之间相互缠结在一起，彼此搭接形成杂乱的三维网状结构，同时将水分子束缚在网络内，形成具有良好的增稠、触变和悬浮性能的胶体材料。将其用于水性涂料可改善涂料的抗流挂、抗沉降、抗脱水收缩以及抗飞溅特性。但凹凸棒石棒晶长径比严重影响着其胶体性能，棒晶长径比越小，交叉缠结能力越弱，因而形成的网状结构强度越小，导致胶体性能越差。因此，对于长径比小、伴生矿多的混维凹凸棒石黏土（科学通报,2022,67,28-29,3411-3424），其在涂料行业的应用受到极大的限制。

2、我国混维凹凸棒石黏土储量极其丰富，仅甘肃临泽的远景储量达34亿吨，远超棒晶长径比大的高黏凹凸棒石黏土。随着对凹凸棒石纳米矿物学特性认识的深入，深色混维凹凸棒石黏土的转白技术已开发（zl201910672767.1）并日趋成熟，而且具有不同白度的混维凹凸棒石黏土已大规模生产。但如何解决转白混维凹凸棒石黏土在水中长效稳定悬浮是目前亟需解决的问题。

3、天然植物提取物中含有大量的活性基团如-cooh、-oh、-nh2，而且含有皂苷的提取物还具有表面活性剂特性。将提取物引入到混维凹凸棒石黏土中，可调控凹凸棒石表面电荷，赋予其多种活性基团，从而提高凹凸棒石黏土的悬浮稳定性。因此，本发明在混维凹凸棒石黏土转白的基础上，以植物提取物为改性剂，在其它一维或二维黏土的协同作用下，通过条件优化，制备出在水中长效稳定的高悬浮混维凹凸棒石黏土，应用于水性涂料中。到目前为此，此项技术并没有相关研究报道，也未见应用先例。

技术实现思路

1、针对砖红色混维凹凸棒石黏土转白产品在水中存在悬浮性差、沉降快等问题，本发明以植物提取物作为改性剂，协同其它一维或二维黏土制备出在水中能长效稳定悬浮的混维凹凸棒石黏土，从而拓展棒晶长径比小的转白混维凹凸棒石黏土在水性涂料领域中应用。

2、本发明以植物提取物协同其它一维或二维黏土制备用于水性涂料的稳定高悬浮混维凹凸棒石黏土的方法，包括以下步骤：

3、（1）提取植物活性成分：将天然植物烘干研磨后，分散到乙醇水溶液中，超声处理0.5~1 h，然后在室温~70℃和500 rpm下搅拌4h，冷却后过滤，滤液定容得到植物提取物溶液，其中植物提取物溶液中植物提取物的质量分数为0.25~10.0%。

4、其中，所述天然植物为五倍子、无患子、沙棘、柴胡、甘草、桔梗中至少一种。天然植物烘干研磨是将天然植物在105℃下烘干2 h后研磨到300目。乙醇水溶液为体积浓度30%的乙醇水溶液

5、（2）半干法改性：在白色混维凹凸棒石黏土中添加胶体性能优异的其它一维或二维黏土，拌匀后喷洒植物提取物溶液，再次搅拌形成均一的湿颗粒，密闭条件下室温放置24h，然后在105℃下干燥得改性白色混维凹凸棒石黏土；将改性白色混维凹凸棒石黏土分散于水中得到水性涂料用混维凹凸棒石黏土稳定悬浮液。

6、其中，所述白色混维凹凸棒石黏土的白度为r457=20~80。所述胶体性优异的其它一维或二维黏土为海泡石、蒙脱石、锂皂石中至少一种。所述胶体性能优异的其它一维或二维黏土的添加量为白色混维凹凸棒石黏土质量的20~45%。所述植物提取物溶液的喷洒体积量为白色混维凹凸棒石黏土和胶体性能优异的其它一维或二维黏土总质量的20%~35%。白色混维凹凸棒石黏土的制备方法参见zl201910672767.1。

7、本发明所用的半干法能有效控制产品的制备成本，提高生产效率，减少环境污染。

8、图1为砖红色混维凹凸棒石黏土转白前后照片。图2为植物提取物（a）、白色混维凹凸棒石黏土（b）和改性白色混维凹凸棒石黏土（c）的红外谱图。图2a中1730 cm-1和1452 cm-1处出现红外吸收峰说明提取物中存在-cooh基团，3390 cm-1处宽峰（-oh）和2933 cm-1尖峰（-ch2）的出现说明提取物中存在-oh和-ch2基团。图2b中400~600 cm-1和1000~ 1200 cm-1波数范围内的吸收带归属于混维凹凸棒石的sio4四面体骨架和二氧化硅，其中521 cm-1和471cm-1处的吸收带分别代表sio4四面体的si–o–si和o–si–o的弯曲振动。1669 cm-1、1618 cm-1、1318 cm-1和667 cm-1处吸收峰可归属于混维凹凸棒石转白后c2o42-。图2c中在2932 cm-1、1739 cm-1、1451 cm-1和1667 cm-1、1618 cm-1、1318 cm-1、521 cm-1、471 cm-1分别出现了提取物和白色混维凹凸棒石黏土的特征吸收峰，且没有新的吸收峰出现，这说明提取物已与白色混维凹凸棒石黏土复合。

9、图3为白色混维凹凸棒石黏土改性前后的悬浮曲线（a）与黏度变化(b)。图3a显示，改性前白色混维凹凸棒石黏土的沉降速度很快，15 min 沉降体积达到 60 ml（初始悬浮体积为100 ml），1h 内悬浮体积降至17 ml，并达到稳定。改性后白色混维凹凸棒石黏土的沉降速度显著降低，5天后样品的悬浮体积才达到稳定，在随后的20天内悬浮体积基本没有变化，仍为93 ml，与改性前（30天的悬浮体积为10 ml）相比，悬浮体积提高了83%。改性后白色混维凹凸棒石黏土的悬浮性显著提升可归因于如下几个方面：（1）提取物的引入能提高混维凹凸棒石黏土的黏度（见图3b），从而降低了样品的沉降速度；（2）红外谱图表明（见图2）提取物中含有-cooh、-oh等基团，其在水溶液中可与混维凹凸棒石黏土中-oh基团发生氢键作用，在此作用下形成的网络状结构可使混维凹凸棒石黏土较均匀地分散于水中，进而提高悬浮稳定性；（3）提取物中具有表面活性剂性能的皂苷所形成的胶束在水中均匀分布也阻止了混维凹凸棒石黏土颗粒的团聚，进一步提高了混维凹凸棒石黏土的悬浮性。

10、表1为混维凹凸棒石黏土改性前后在水性丙烯酸树脂阻尼涂料中应用评价。从表1可知，未改性的白色混维凹凸棒石黏土（对比例）除了贮存稳定性达不到要求外，其它性能符合要求。改性后的白色混维凹凸棒石黏土（实施例1和实施例2）所有指示都符合要求。因此，本发明制备的改性白色混维凹凸棒石黏土可作为水性涂料的稳定高悬浮流变助剂。

11、

12、综上所述，本发明与现有技术相比具有以下优点：

13、1、本发明利用来源丰富的植物提取物替代化学合成表面活性剂，通过半干法改性、制备条件（如改性剂用量、反应时间等）优化，成功制备出在水中稳定高分散的混维凹凸棒石黏土，有效解决了砖红色混维凹凸棒石黏土转白产品在水中沉降快、分散差等实际应用问题，从而拓展了混维凹凸棒石黏土在水性涂料中应用。

14、2、本发明减少了合成表面活性剂的使用，降低了生产过程中化学试剂使用带来的环境污染。本发明整个制备工艺流程设计合理，反应条件温和、过程易于控制，便于实现大规模工业化生产。