[发明专利]一种纳米凹凸棒石/二氧化硅复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非金属矿物的深加工领域和无机化工技术领域，具体是在纳米凹凸棒石的表面原位生成二氧化硅的方法。

背景技术

沉淀白炭黑是橡胶工业中重要的补强材料，主要用于鞋类、轮胎和其它浅色橡胶制品。沉淀白炭黑的生产方法是以水玻璃(又名泡花碱)为原料，将水玻璃与硫酸、盐酸或二氧化碳反应生成的。由于制备过程需消耗大量化工原料，造成产品成本居高不下。为降低成本采用非金属矿为原料制取白炭黑，其工艺路线通常是先由非金属矿制取水玻璃，再由水玻璃制取白炭黑。例如：中国专利ZL95102423.X提出一种用蛋白土(石)及硅藻土制备白炭黑的方法，将蛋白土(石)或硅藻土矿粉与烧碱在加热条件下反应，生成硅酸钠，将反应产物过滤除去残渣，加入钠盐，加水调到合适浓度，用酸中和，将此反应物陈化、过滤、洗涤、干燥，即得白炭黑产品。中国专利ZL96119006.X提出一种从锆英石碱分解产物水浸液制备沉淀白炭黑的方法，包括锆英石碱分解，分解产物水浸分离出高碱度硅酸钠溶液，水浸沉淀物酸转化得硅酸(胶)。将高碱硅酸钠溶液与硅酸混溶、经中和沉淀、过滤洗涤、干燥和粉碎而制备白炭黑。中国专利CN1994880A公开了一种利用凹凸棒石粘土制备白炭黑的方法，其将凹凸棒石粘土为原料，进行粗选和粉碎；然后配制成悬浮液，搅拌分散，加入浓酸进行酸溶、脱杂，获得浆液；压滤后加热搅拌，用氢氧化钠溶液进行碱溶反应，冷却压滤得到水玻璃；再进行二次脱杂并进行酸中和；压滤、干燥、粉碎得到白炭黑粉体。利用非金属矿制取白炭黑，但要耗用大量浓酸和浓碱，生产工艺复杂，所得粉体产率低，成本偏高。

另外，由于白炭黑的颗粒形貌呈球状，补强效果不如纤维状材料。研究表明纤维状无机材料在高分子聚合物的补强效果最好，但目前国外纤维状无机材料(钛酸钾晶须、氧化锌晶须、纤维状二氧化钛)都是人工合成的，产品制造成本很高，限制了其大规模的产业化生产和广泛应用。

凹凸棒石粘土是一种层链状结构的含水富镁铝的硅酸盐矿物，晶体结构呈棒状、纤维状，长500～5000nm，直径为20～40nm，属于一种天然的一维纳米材料，是一种理想的纳米增强材料，在高分子材料领域中得到了广泛应用，在我国苏皖一带储量丰富、价格低廉、结构独特、性能优越。

发明内容

鉴于技术背景所存在的问题，本发明的目的是提供一种原料来源丰富、制备工艺简单、价格便宜和补强性能优异的纳米凹凸棒石/二氧化硅复合材料的制备方法。

本发明采用的技术方案是包括如下步骤：

1、凹凸棒石悬浮液的制备：将凹凸棒石加入到去离子水中，配制成凹凸棒石质量百分浓度为2～20％的悬浮液。

2、硅酸钠和酸溶液的配制：硅酸钠为工业用模数为3.0～3.5的水玻璃，硅酸钠溶液的质量百分浓度为5～30％；酸溶液中酸的质量百分浓度为3～30％。

3、纳米凹凸棒石/二氧化硅复合材料的制备：纳米凹凸棒石/二氧化硅复合材料有两种制备方法，其具体步骤如下：

方法一：在不断搅拌的同时，先向凹凸棒石悬浮液中加入硅酸钠溶液，以质量计硅酸钠的用量为SiO₂:凹凸棒石＝0.5～3:1，维持反应温度50～95℃，再加入酸性溶液至pH＝7.5～10.0，熟化时间为0.5～2h，然后用酸性溶液调节pH＝5.0～7.0，继续搅拌，熟化时间为0.5～24h；

方法二：在不断搅拌的同时，向凹凸棒石悬浮液中分别加入硅酸钠溶液和酸性溶液，使混合液pH＝7.5～10.0，反应温度50～95℃，以质量计硅酸钠的用量为SiO₂:凹凸棒石＝0.5～3:1，熟化时间为0.5～2h，再用酸性溶液调节pH＝5.0～7.0，继续搅拌，熟化时间为0.5～24h。

4、后处理：将所得的纳米凹凸棒石/二氧化硅复合材料过滤，用去离子水反复洗涤去除可溶性盐，干燥、粉碎，即得纳米凹凸棒石/二氧化硅复合材料。

步骤3所述的酸性溶液为硫酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液、醋酸溶液中的一种。

本发明制备的纳米凹凸棒石/二氧化硅复合材料具有以下优点：

1、本发明利用棒状凹凸棒石和粒状二氧化硅的协同补强作用，提供一种新型复合高效补强材料的制备方法，由此方法所制备的产品在高分子材料领域中能起到很好的补强作用。