[发明专利]凝胶因子凹凸棒石组装的双重网络结构无机凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种凝胶因子凹凸棒石组装的双重网络结构无机凝胶的制备方法，是在破碎后的天然凹凸棒石原矿中喷入磷酸水溶液，转入密闭容器内闷浸润后对辊挤压成薄片并分散到水中，充分搅拌得到均匀的凹凸棒石浆液；然后在浆液中加入凝胶因子，并进行超声处理、高压均质处理，得到凝胶因子改性的纳米凹凸棒石浆液；最后经压滤分离，烘干、粉碎，得到无机凝胶产品。本发明利用凝胶因子在溶剂中可以组装缠绕形成超分子链的特点，将凝胶因子引入到凹凸棒石三维胶体网络中，构建双重网络结构并产生协同作用，提高凹凸棒石三维胶体网络的稳定性，提升胶体性能，实现凹凸棒石在高端涂料、油漆、电解液、化妆品、生物医学、日用化学品等领域中的应用。

技术领域

本发明涉及一种凝胶因子凹凸棒石组装的双重网络结构无机凝胶的制备方法，属于非金属矿深加工技术领域。

背景技术

凹凸棒石是一种具有特殊的纳米棒状晶体形貌和规整孔道的天然一维纳米级含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，棒晶长约1~5 μm，直径约20~70 nm。凹凸棒石独特的一维纳米棒晶结构、表面电荷和表面基团使其具有非常优异的胶体性能。在溶剂中，凹凸棒石纳米棒晶端面和侧面可以相互搭接形成“卡片屋”式三维胶体网络结构，在外力剪切作用下网络结构拆散，但外力剪切后停止后又能快速恢复原来的三维网络状态，因而表现出非常优异的胶体性和触变特性。同时，由于凹凸棒石棒晶表面存在双电层结构，因而对电解质具有较强的耐受能力，不仅能够对纯水体系增稠，而且还可以对含盐体系进行增稠，因而凹凸棒石作为优质的纳米无机凝胶，在涂料、油漆、石油钻井和精细化学品等领域得到了广泛应用。

凹凸棒石悬浮液胶体性能的优劣主要取决于凹凸棒石棒晶的分散程度、表面电荷和表面基团，这些因素决定了凹凸棒石棒晶之间的缠结能力和形成三维胶体网络的稳定性。然而，天然凹凸棒石原矿的水分散液的黏度较低，一般在400~1200 mPa·s范围内，不能作为高性能无机凝胶使用。这是因为凹凸棒石虽然是一种天然的一维纳米材料，但较强的氢键和静电作用力，使天然凹凸棒石棒晶大多以鸟巢状或柴垛状聚集，在未解离分散成纳米棒晶前，仅是一种纳米材料的前驱体，不具备纳米材料的特性，分散到水中后不能相互缠结形成三维胶体网络。

多年来，人们采用各种物理处理方法（如高速搅拌、超声、对辊、碾磨和冷冻等）和化学处理方法来提高凹凸棒石的胶体性能，但由于传统的物理处理方法在解离棒晶束的过程中会损伤凹凸棒石晶体固有的长径比，会降低凹凸棒石的胶体性能；传统化学改方法主要是通过改变凹凸棒石表面电荷来提高胶体性能，改性剂本身不具备形成三维网络的能力，因而对胶体黏度的提升也非常有限。因此，迫切需要从新的视角开发大幅度提升凹凸棒石胶体性能的新方法。

高压均质技术是一种通过高压均质机来实现的细化分散技术，通过均质过程中形成的空穴、剪切和碰撞效应，使凹凸棒石棒晶束和聚集体解聚，是一种可连续生产的、适合于工业化的高效解离棒晶束的新技术。采用高压均质处理可将凹凸棒石棒晶束拆分为纳米棒晶（中国专利CN 107043113B、CN107188192B）。凝胶因子（Gelator）是一种能够自发地聚集、组装成有序的线性、棒晶状、盘状或带状结构的有机小分子，可以相互连接和缠结形成三维网络结构，将溶剂分子束缚在三维网络结构中形成凝胶，从而表现出固态和液态的双重特性，仅需要较低的浓度（4%）即可形成凝胶。所以，将高压均质无损、高效解离的凹凸棒石纳米棒晶与凝胶因子形成的超分子网络结合，有望获得具有双重网络结构的胶体。目前，关于凝胶因子的专利主要集中在不同类型凝胶因子的合成方面，同时也有少量专利公开了凝胶因子的不同应用领域，例如，相变材料、药物缓控释、聚合物多孔膜、生物材料等。但用凝胶因子与凹凸棒石纳米棒晶协同形成新的双网络型高性能无机凝胶，尚没有文献报道，也没有技术应用先例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种凝胶因子凹凸棒石组装的双重网络结构无机凝胶的制备方法。

本发明凝胶因子凹凸棒石组装的双重网络结构无机凝胶的制备方法，包括以下步骤：