一種具有良好分散性能的硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)凝膠領(lǐng)域，涉及一種硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠及其制備方法，尤其涉及 一種具有良好分散性能的硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠是一種以含有硅酸鎂鋁成分的粘土礦物（如蒙皂石、膨潤(rùn)土和 皂土等)為原料，經(jīng)過(guò)原料粉碎、制漿、分離提純、膠化和干燥等工序，而獲得的具有一定純 度的天然無(wú)機(jī)凝膠產(chǎn)品。
[0003] 邱俊等（高性能蒙脫石無(wú)機(jī)礦物凝膠的制備.邱俊等.《化工礦物與加工》，2007 (6) :16-18.)以山東某提純鈣基膨潤(rùn)土為原料，研究了制備無(wú)機(jī)凝膠的最優(yōu)工藝條件。其以 NaF為鈉化劑，以焦磷酸鈉為磷化劑，以氧化鈣為膠化劑，經(jīng)鈉化、磷化和膠化工藝制備了性 能優(yōu)良的蒙脫石無(wú)機(jī)礦物凝膠。
[0004] 錢蘊(yùn)等（焦磷酸鈉對(duì)改性膨潤(rùn)土分散性的影響.錢蘊(yùn)等.《涂料工業(yè)》，2010，40 (10).)通過(guò)焦磷酸鈉作為分散劑對(duì)膨潤(rùn)土水溶液進(jìn)行改性，研究了焦磷酸鈉對(duì)改性膨潤(rùn)土 結(jié)構(gòu)的影響，并研究了膨潤(rùn)土濃度(5~10%)對(duì)分散系結(jié)構(gòu)的影響。
[0005] CN 1363515A公開(kāi)了一種天然硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠的制備方法，該發(fā)明主要步驟包 括濕法制漿、降粘劑分散、離心分離提純、預(yù)激活處理、鈉離子改性以及后處理等。
[0006] CN 1257103C公開(kāi)了一種高純度硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠制備方法，該發(fā)明主要步驟中 包括原料粉碎、制漿、離心分離提純、磁選除鐵、二次改性、礦漿濃縮、洗滌、干燥等后處理工 序。
[0007] 硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠具有獨(dú)特的層狀鎂鋁硅酸鹽結(jié)構(gòu)，層間主要分布有Na+。其分 散在水溶液中可形成種特有的"卡房式"結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出優(yōu)異的懸浮性、流變特性和膠體特性 等，在牙膏、化妝品、涂料、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0008] 然而，硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠具有極強(qiáng)的親水性能，在進(jìn)入水性體系時(shí)，由于水化速度 太快，會(huì)出現(xiàn)粉料抱團(tuán)的情況，導(dǎo)致硅酸鎂鋁在水性介質(zhì)中分散時(shí)間變長(zhǎng)。雖然分散時(shí)間長(zhǎng) 對(duì)本身懸浮率及粘度等指標(biāo)沒(méi)有影響，但是隨著生產(chǎn)廠家對(duì)原材料、助劑及輔助材料的要 求越來(lái)越高，對(duì)生產(chǎn)效率和成本嚴(yán)格控制，但是目前的硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠在水性體系中分 散速度慢，影響生產(chǎn)效率，很難達(dá)到生產(chǎn)廠家的要求，因此需要開(kāi)發(fā)一種能在短時(shí)間內(nèi)在水 性體系中完全分散的硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠。
[0009] 目前常用的幫助硅酸鎂鋁分散的方法是通過(guò)加入焦磷酸鈉等無(wú)機(jī)分散劑來(lái)減少 分散時(shí)間。但是焦磷酸鈉等無(wú)機(jī)分散劑的加入，會(huì)擾亂硅酸鎂鋁片層結(jié)構(gòu)表面的電荷平衡， 從而破壞了原本由正負(fù)電荷相互吸引組建起來(lái)的"卡房式"空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致最終硅酸鎂鋁無(wú) 極凝膠的水溶液粘度過(guò)低，甚至無(wú)法形成無(wú)機(jī)凝膠的結(jié)構(gòu)，失去了原有的助懸浮性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠在水性體系中分散速度慢，影響生產(chǎn)效率，常 規(guī)無(wú)機(jī)分散劑會(huì)擾亂硅酸鎂鋁片層結(jié)構(gòu)表面的電荷平衡，破壞硅酸鎂鋁片層結(jié)構(gòu)的"卡房 式"空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致硅酸鎂鋁無(wú)極凝膠的水溶液粘度過(guò)低，甚至無(wú)法形成無(wú)機(jī)凝膠的結(jié)構(gòu)， 失去了原有的助懸浮性能的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有良好分散性能的硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝 膠及其制備方法。本發(fā)明通過(guò)添加適量的有機(jī)改性劑對(duì)硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠進(jìn)行表面改性， 來(lái)實(shí)現(xiàn)改善硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠在水性體系中分散速度的目的。
[0011 ]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0012] 第一方面，本發(fā)明提供了一種硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠，所述改性硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠主 要由硅酸鎂鋁經(jīng)有機(jī)改性劑改性制備得到；
[0013] 所述有機(jī)改性劑為（1-萘基)-N-甲基氨基甲酸酯、亞胺苯并咪唑氨基甲酸酯、甲胺 基甲酸-2-異丙基苯酯、雜環(huán)二甲基氨基甲酸酯或2-甲丙基硫代氨基甲酸酯中任意一種或 至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性的實(shí)例有：（1-萘基)-N-甲基氨基甲酸酯和亞胺 苯并咪唑氨基甲酸酯的組合，甲胺基甲酸-2-異丙基苯酯和雜環(huán)二甲基氨基甲酸酯的組合， 雜環(huán)二甲基氨基甲酸酯和2-甲丙基硫代氨基甲酸酯的組合，（1-萘基)-N-甲基氨基甲酸酯、 亞胺苯并咪唑氨基甲酸酯和甲胺基甲酸-2-異丙基苯酯的組合，（1-萘基)-N-甲基氨基甲酸 酯、亞胺苯并咪唑氨基甲酸酯、甲胺基甲酸-2-異丙基苯酯、雜環(huán)二甲基氨基甲酸酯和2-甲 丙基硫代氨基甲酸酯的組合等。
[0014] 硅酸鎂鋁產(chǎn)品由于本身具有很強(qiáng)的親水性能，在入水時(shí)，會(huì)出現(xiàn)粉料抱團(tuán)的情況， 導(dǎo)致硅酸鎂鋁產(chǎn)品在水中分散時(shí)間變長(zhǎng)。在涂料等要求助劑快速分散的領(lǐng)域，這一特點(diǎn)會(huì) 影響產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用。為此本發(fā)明選用了一種有機(jī)改性劑，對(duì)硅酸鎂鋁進(jìn)行表面改性。所述 有機(jī)改性劑具有一定疏水性能，加入后對(duì)硅酸鎂鋁表面進(jìn)行改性，在適當(dāng)?shù)挠昧肯?，能略?降低硅酸鎂鋁的親水性能。當(dāng)硅酸鎂鋁產(chǎn)品入水后，不會(huì)因強(qiáng)烈親水作用抱團(tuán)，而形成均勻 分散的小團(tuán)體，使水化效果更容易進(jìn)行，減少在水中分散時(shí)間。
[0015] 以下作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，但不作為本發(fā)明提供的技術(shù)方案的限制，通過(guò) 以下技術(shù)方案，可以更好的達(dá)到和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的和有益效果。
[0016] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述有機(jī)改性劑的用量為硅酸鎂鋁質(zhì)量的0.1~5%，例 如0.1 %、1 %、2%、3%或5%等，進(jìn)一步優(yōu)選為0.1~2%。
[0017] 本發(fā)明中，當(dāng)有機(jī)改性劑的用量過(guò)大時(shí)，改性后硅酸鎂鋁表面疏水性能大，入水后 會(huì)漂浮在水面上不能分散;用量過(guò)小時(shí)，抱團(tuán)情況改善不明顯，分散時(shí)間仍然比較長(zhǎng)。
[0018] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述有機(jī)改性劑為亞胺苯并咪唑氨基甲酸酯和/或甲胺 基甲酸-2-異丙基苯酯。
[0019] 第二方面，本發(fā)明提供了上述硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠的制備方法，所述方法包括以下 步驟：
[0020] (1)制備硅酸鎂鋁礦漿；
[0021] (2)向制備的硅酸鎂鋁礦漿中加入有機(jī)改性劑，攪拌混合，然后進(jìn)行陳化反應(yīng)；
[0022] (3)陳化反應(yīng)后的料漿經(jīng)干燥，制得有機(jī)改性的硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠。
[0023] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟(1)制備硅酸鎂鋁礦漿為:將粉狀硅酸鎂鋁原料加水 制備成礦漿。
[0024] 優(yōu)選地，制備的礦衆(zhòng)的濃度為10~15wt%，例如10wt%、llwt%、12wt%、13wt%、 14?^%或15*1:%等。
[0025] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟(2)中有機(jī)改性劑為（1-萘基)-N_甲基氨基甲酸酯、 亞胺苯并咪唑氨基甲酸酯、甲胺基甲酸-2-異丙基苯酯、雜環(huán)二甲基氨基甲酸酯或2-甲丙基 硫代氨基甲酸酯中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性的實(shí)例有：（1_萘 基)-N-甲基氨基甲酸酯和亞胺苯并咪唑氨基甲酸酯的組合，甲胺基甲酸-2-異丙基苯酯和 雜環(huán)二甲基氨基甲酸酯的組合，雜環(huán)二甲基氨基甲酸酯和2-甲丙基硫代氨基甲酸酯的組 合，（1-萘基)-N-甲基氨基甲酸酯、亞胺苯并咪唑氨基甲酸酯和甲胺基甲酸-2-異丙基苯酯 的組合，（1-萘基)-N-甲基氨基甲酸酯、亞胺苯并咪唑氨基甲酸酯、甲胺基甲酸-2-異丙基苯 酯、雜環(huán)二甲基氨基甲酸酯和2-甲丙基硫代氨基甲酸酯的組合等;進(jìn)一步優(yōu)選為亞胺苯并 咪唑氨基甲酸酯和/或甲胺基甲酸-2-異丙基苯酯。
[0026] 優(yōu)選地，步驟（2)中有機(jī)改性劑的用量為硅酸鎂鋁質(zhì)量的0.1~5 %，例如0.1 %、 1%、2%、3%或5%等，進(jìn)一步優(yōu)選為0.1~2%。
[0027]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟（2)中攪拌混合的時(shí)間為1~2h，例如lh、1.5h或2h 等。
[0028] 優(yōu)選地，步驟（2)中攪拌混合的溫度為20~40 °C，例如20 °C、23 °C、25 °C、27 °C、30 °(：、33°(：、35°(：、37°(：或40°(：等。
[0029] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟(2)中陳化反應(yīng)的溫度為20~40°C，例如20°C、23°C、 25。(：、27。(：、30。(：、33。(：、35。(：、37。(：或40。(：等。
[0030] 優(yōu)選地，步驟(2)中陳化反應(yīng)的時(shí)間為2~5天，例如2天、3天、4天或5天等，進(jìn)一步 優(yōu)選為3天。
[0031] 本發(fā)明中，加入有機(jī)改性劑攪拌混合改性后，漿料需要進(jìn)行一定時(shí)間的陳化，保證 改性充分進(jìn)行，達(dá)到最佳改性效果。
[0032]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟(3)中干燥為噴霧干燥。
[0033] 優(yōu)選地，所述干燥的溫度為90~110 °C，例如90 °C、93 °C、95°C、97 °C、100°C、103 °C、 105°C、107°C 或 110°C 等。
[0034] 所述干燥的時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，此處無(wú)特殊限制。
[0035] 作為本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述方法包括以下步驟：
[0036] (1)制備硅酸鎂鋁礦漿:將粉狀硅酸鎂鋁原料加水制備成濃度為10~15 %的礦漿；
[0037] (2)向制備的硅酸鎂鋁礦漿中加入用量為硅酸鎂鋁質(zhì)量的0.1~5%的有機(jī)改性 劑，在20~40 °C下攪拌混合1~2h，然后在20~40 °C下進(jìn)行陳化反應(yīng)2~5天；
[0038] (3)陳化反應(yīng)后的料漿在90~110°C下經(jīng)噴霧干燥，制得有機(jī)改性的硅酸鎂鋁無(wú)機(jī) 凝膠。
[0039] 本發(fā)明通過(guò)添加適量的有機(jī)改性劑對(duì)硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠進(jìn)行表面改性，來(lái)實(shí)現(xiàn)改 善硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠在水性體系中分散速度的目的，其關(guān)鍵因素為有機(jī)改性劑的選擇、用 量以及反應(yīng)衆(zhòng)料的陳化時(shí)間。
[0040] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0041 ]本發(fā)明所述的硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠，其配制成1 %的水分散體時(shí)，分散時(shí)間由原硅酸 鎂鋁的15min減少至4~5min，分散時(shí)間顯著減少，解決了現(xiàn)有硅酸鎂鋁無(wú)機(jī)凝膠在水性體 系中分散時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題;同時(shí)，水分