膨润土的钠化处理讲解学习.ppt

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1、膨润土的钠化处理v教学方法与手段：v讲授；多媒体v讨论、思考题、作业：v膨润土钠化改型的原理。v与干法改型相比湿法改型的优缺点是什么？v参考资料：v姜桂兰，张培萍等编。膨润土加工与应用。北京：化学工业出版社。2005。v杨雅秀，张乃娴著。中国粘土矿物。北京：地质出版社。1994。v9.1 概述v9.1.1 膨润土的矿物组成及蒙脱石的结构v1、矿物组成v主要矿物为蒙脱石，其次伊利石、长石及石英等。其性质取决于蒙脱石。v2、蒙脱石的晶体结构蒙脱石的晶体结构蒙脱石的扫描电镜照片2万、5千倍v 9.1.2 膨润土属性分类v 膨润土的可交换性阳离了种类、数量和比例，在膨润土实用工艺技术上具有重要意义，它

2、是评价膨润土质量的重要指标之一，又是划分属性的依据。v 1、碱性系数法(ENa+十EK+ECa+十EMg)来划分（欧美国家）。v (1)钠基膨润土：碱性系数1。v (2)钙基膨润土：碱性系数1。2、交换性阳离子法v我们国家膨润土矿地质勘探规范采用的属性分类如下：类型阳离子交换容量pH值胶质价膨胀倍吸蓝量钠基土75-1008.5-10.6100%20-3020-30钙基土60-1006.4-8.550%几-十几十几若可交换性阳离子没有超过交换容量50时，则以最多交换量的两种阳离子进行复合命名。钠基土与钙基土的主要区别见下表。v9.1.3 蒙脱石的性能v1、晶格置换v2、电负性；v3、离子交换性。

3、蒙脱石对几种阳离子的交换能力顺序：Li+Na+K+NH4+Mg2+Ca2+Ba2+v4、膨胀性v5、分散悬浮性v6、触变性、可塑性及粘结性v7、吸附性v8、化学稳定性v9.2 人工改型钠基土（钠化改型）v1、原理：将外加的钠离子挤压插入蒙脱石层间，进行阳离子交换，形成钠蒙脱石。（交换性）v2、改型剂（钠化剂）：钠盐。v3、钠化方法v(1)堆场法钠化：干粉+3-5%钠盐（溶解）-拌匀堆放（30%水分）-老化（7-10天）-干燥磨粉。膨润土钠化因素-水平表 v（2）悬浮法v土纯碱矿浆（：)在一定温度下搅拌脱水干燥粉磨v与湿法提纯结合使用与湿法提纯结合使用v以碳酸钠为改型剂的湿法改型工艺如下：纯碱用

4、量反应温度反应时间因素60 1.5h水平22.5 膨润土钠化正交实验表 因素A(%)B()C(h)膨胀容ml/15g1.52.52.51.52.51.5v（）挤压钠化法v轮碾钠化法：轮碾机碾碾压老化v双螺旋钠化法：双螺旋混料机混合（矿粉钠盐水）干燥粉碎v螺旋阻流挤压钠化法：螺旋混炼机混炼并造粒v对辊挤压：原料小于毫米碱液挤压干燥v性能测试v层间距及上述性质d1.51nm;2 5.85 d1.23nm,2 7.15 v5.用途v广泛用于油田，钻井泥浆。v以优质钠基膨润土为原料制备胶体级浆料v一类为泥浆：以水为载体，膨润土为增稠剂；另一类为油浆，以柴油或原油为载体，需要有机膨润土v9.3 膨润土凝

5、胶制备v代替聚合物用于牙膏、化妆品等行业。v制备过程分四个阶段：v1、精选提纯：选用高纯天然钠基或人工钠基膨润土；v2、边缘改性：用磷酸盐或焦磷酸钠。降低粘度，便于提纯。v3、胶凝：用高价阳离子使蒙脱石颗粒重新締合。v加入高价盐，与磷酸盐反应，解除磷酸盐原来的作用。提高粘度及触变性。4v9.4 A合成沸石v一种典型的酸处理衍生物。一种新型洗涤剂助剂，代替三聚磷酸钠。v1.工艺流程及化学反应v酸处理膨润土形成硅凝胶，再加入一定量铝酸钠和氢氧化钠，调整到符合NaA合成沸石的摩尔比，在一定条件下成胶、晶化、过滤即得到NaA沸石。v反应式：12SiO2+12NaAlO2+27H2ONa12AlO2.S

6、iO212.27H2O.v2.工艺条件：v(1)酸化阶段：土：酸100：2-10；v温度100；v酸浓度10-50%v(2)偏铝酸钠加入量比：Na2O/Al2O3=1.5(mol)，2-3小时；v(3)成胶阶段：Si/Al=2.8-3.0v保温老化0.5-4小时，净化时间数小时，分离后水分30-20%，母液含碱4-5%，值9-10；v干燥温度100，产品含水15-20%。v3、物料平衡计算v以生产每吨沸石为准，计算其它组分的用量。344。v基本配比：硫酸（93%）0.618；膨润土0.980；氢氧化铝0.504；氢氧化钠1.237；30%碱液；软水10吨。v4、漂白处理v根据要求可以在40温度

7、下进行还原漂白工艺。v如化妆品凝胶的基本生产工艺：v矿石粉碎浸泡搅拌除砂表面改性边缘改性提纯漂白凝胶化产品。v产品性能：吸蓝量98.77mmol/100g，阳离子交换容量70.37mmol/100g膨胀容85，pH值8.4，白度78.v产品性能：v吸蓝量98.77mmol/100g，v阳离子交换容量70.37mmol/100g，v膨胀容85，vpH值8.4，v白度78。v9.5活性白土v酸性白土：天然产出的具有酸性、催化性能的黏土矿物。v活性白土：以钙基膨润土为原料经过酸处理后的产品。v1、原理v用无机酸（硫酸多用）浸泡膨润土，膨润土中的金属离子会被酸溶解出来一部分，孔隙增大，比表面积增加，提

8、高了吸附能力及催化能力。v2、生产工艺v原矿破碎粉磨活化水洗过滤干燥粉磨。v3、工艺条件：v破碎、粉磨：-20；-200目占80%；v液固比为4：1或更大；v酸用量10-20%，12-15kg/t；v温度100 ；v时间6-8小时；v水洗后pH 4-5。v不足：用水量大，污染环境用水量大，污染环境。v采用干法处理避免上述问题。对设备要求高。v在活化旋转筒进行，酸用量是湿法10%。效果差点。v也可以用半干法，综合二者的优点。v4、衡量指标:v细度、水分、游离酸、脱色力、脱色率、活性度、白度等。v李桂香等化工矿物与加工，1995（4）。v陈德玲等。陕西化工1996（2）v主要教学内容：主要教学内容

9、：v*膨润土的有机化处理膨润土的有机化处理;v聚合物聚合物/膨润土纳米复合材料的制备膨润土纳米复合材料的制备v#产品的性能测定。产品的性能测定。v教学目的要求：教学目的要求：v掌握有机膨润土及聚合物掌握有机膨润土及聚合物/膨润土纳米复合材膨润土纳米复合材料的生产工艺；料的生产工艺；v掌握产品的性能测试方法；掌握产品的性能测试方法；v了解纳米复合材料的用途了解纳米复合材料的用途v教学方法与手段：教学方法与手段：v讲授；多媒体讲授；多媒体v讨论、思考题、作业：讨论、思考题、作业：v影响有机膨润土性能的因素有哪些？影响有机膨润土性能的因素有哪些？v熔融插层法制备纳米复合材料的优点？熔融插层法制备纳米

10、复合材料的优点？v如何衡量聚合物如何衡量聚合物/膨润土纳米复合材料的性膨润土纳米复合材料的性能？能？v参考资料：参考资料：v姜桂兰，张培萍等编。膨润土加工与应用。姜桂兰，张培萍等编。膨润土加工与应用。北京：化学工业出版社。北京：化学工业出版社。2005。v杨雅秀，张乃娴著。中国粘土矿物。北京：杨雅秀，张乃娴著。中国粘土矿物。北京：地质出版社。地质出版社。1994。v漆宗能，尚文宇。聚合物漆宗能，尚文宇。聚合物/层状硅酸盐纳米复层状硅酸盐纳米复合材料理论与实践。化学工业出版社。合材料理论与实践。化学工业出版社。2002。v 9.6有机膨润土有机膨润土v主要内容回顾：主要内容回顾：v膨润土的分类及

11、性能；膨润土的分类及性能；v膨润土的钠化处理；膨润土的钠化处理；v产品性能表征。产品性能表征。v一、概述一、概述v1、概念、概念v利用蒙脱石的离子交换性使利用蒙脱石的离子交换性使有机阳离子有机阳离子置换蒙脱置换蒙脱石矿物石矿物表面及层间表面及层间原先吸附的阳离子，使其性能原先吸附的阳离子，使其性能发生改变，这种经有机物处理后的膨润土，称为发生改变，这种经有机物处理后的膨润土，称为有机膨润土。有机膨润土。v钠基膨润土经表面活性剂处理以后得到的产物，钠基膨润土经表面活性剂处理以后得到的产物，即有机膨润土。即有机膨润土。v2、用途、用途（为什么做？）（为什么做？）二、有机膨润土的结构及制备原理二、有

12、机膨润土的结构及制备原理1、结构、结构2、制备的原理、制备的原理Ca-Benton+Na+-Na-Benton+Ca2+Na-Benton+NH4-nRnCl-BentonNH4-nRn+NaC lR为有机基团为有机基团,Benton为膨润土；为膨润土；n=1 14v三、制备工艺（三、制备工艺（怎麽做？怎麽做？）v有机膨润土的制备上艺可分为三种，即干有机膨润土的制备上艺可分为三种，即干法、湿法和预凝胶法。法、湿法和预凝胶法。v1.干法工艺干法工艺v原料为钠基土（纯），可以直接钠化。原料为钠基土（纯），可以直接钠化。v钠基土中含有钠基土中含有20-30%的水分的水分。v精选钠基膨润土精选钠基膨润

13、土+覆盖剂覆盖剂混合混合挤压挤压干干v燥燥粉碎粉碎包装包装2、湿法工艺2、湿法工艺、湿法工艺v一般与湿法提纯、湿法钠化结合进行。一般与湿法提纯、湿法钠化结合进行。v(1)、制浆：、制浆：v矿浆浓度通常为矿浆浓度通常为10左右。左右。v实际操作中为实际操作中为1：10。v(2)、改型活化：、改型活化：v膨润土中，以钠基膨润土和锂基膨润土最好。膨润土中，以钠基膨润土和锂基膨润土最好。v因此，有些膨润土在有机处理前通常先进行因此，有些膨润土在有机处理前通常先进行钠化改型处理。钠化改型处理。v注意：注意：洗涤、过滤的速度。洗涤、过滤的速度。v（3）、有机覆盖：）、有机覆盖：v将矿浆加热到将矿浆加热到6

14、080，加入，加入有机覆盖剂有机覆盖剂，再连续，再连续搅拌搅拌60分钟，使其充分反应，然后洗涤、分钟，使其充分反应，然后洗涤、过滤过滤、干、干燥并粉碎至通过燥并粉碎至通过200目筛目筛v覆盖剂的用量覆盖剂的用量视原土的交换量而定。一般近似于膨视原土的交换量而定。一般近似于膨润土的阳离子交换容量。润土的阳离子交换容量。v3、预凝胶法、预凝胶法(湿法的延续湿法的延续)v在有机覆盖过程中加入有机溶剂在有机覆盖过程中加入有机溶剂(如矿物油如矿物油)，把疏水的有机膨润土复合物萃取进入有，把疏水的有机膨润土复合物萃取进入有机相分离出水相，再蒸发除去残留水分，机相分离出水相，再蒸发除去残留水分，直接制成有机

15、膨润土预凝胶。直接制成有机膨润土预凝胶。v4、设备、设备v是一些通用设备。是一些通用设备。v各种单螺杆或双螺杆挤出机；各种单螺杆或双螺杆挤出机；v恒温水域浴电动搅拌机，真空泵，干燥箱，恒温水域浴电动搅拌机，真空泵，干燥箱，小型粉碎机。小型粉碎机。v干法与湿法的对比：干法与湿法的对比：v干法：工艺简单，效果稍差；使用受限制。干法：工艺简单，效果稍差；使用受限制。v湿法：工艺过程复杂，但处理效果好。湿法：工艺过程复杂，但处理效果好。钙基膨润土与有机膨润土电镜照片有机膨润土的电镜照片有机膨润土的电镜照片v四、性能表征（四、性能表征（是不是？是不是？）v.X射线分析射线分析v最直接、最有效的方法之一。

16、最直接、最有效的方法之一。v观察观察2及及d(001)值的变化规律值的变化规律。d1.23nm,2 7.15 d1.51nm;2 5.85 d=1.955 nm 2=4.5 v2.测有机膨润土的粘度测有机膨润土的粘度v根据粘度的大小确定有机处理的效果。根据粘度的大小确定有机处理的效果。v在涂料中起增稠及防流挂的作用。在涂料中起增稠及防流挂的作用。v有专门的测定方法（行规）。有专门的测定方法（行规）。3、红外光谱分析、红外光谱分析v五、影响因素（五、影响因素（怎么做好？怎么做好？）v膨润土的质量膨润土的质量(内因内因)v纯度纯度v粒度粒度v交换容量等；交换容量等；v.有机覆盖剂有机覆盖剂(外因外

17、因1)v（1）种类）种类:v选择那些亲油性强的长链有机铵盐，尤其是选择那些亲油性强的长链有机铵盐，尤其是季铵盐季铵盐作覆盖剂，其长链烷基碳原子数应大作覆盖剂，其长链烷基碳原子数应大于于12。一般选择。一般选择16或或18.v（2）用量）用量:v一般近似于膨润土的阳离子交换容量。一般近似于膨润土的阳离子交换容量。v取决于用途。取决于用途。v如：涂料中要求粘度如：涂料中要求粘度0.9即可。即可。v例如：例如：v利用潍坊膨润土制备有机膨润土。利用潍坊膨润土制备有机膨润土。有机改性剂有机改性剂种类种类对蒙脱石层间距的影响对蒙脱石层间距的影响改性剂类型改性剂用量反应温度 反应时间h d(001)/nm四

18、甲基氯化胺207521.39溴化十六烷207521.88硅烷207521.38十六烷四甲基207521.43改性剂改性剂用量用量与有机土黏度及层间距的关系与有机土黏度及层间距的关系CATB与蒙脱石的质量比/%粘度/(Pas)d(001)/nm100.781.769150.91（涂料0.9）1.885201.051.955251.112.048v.工艺条件工艺条件(外因外因2)v浆体浓度浆体浓度v酸碱度酸碱度v反应温度反应温度v反应时间反应时间v矿浆浓度约矿浆浓度约10%，温度，温度60-95 ，弱碱性条，弱碱性条件下反应时间件下反应时间30-90分钟。分钟。反应时间h0.511.52粘度/Pa

19、s)1.0121.1311.2361.207反应时间与粘度的关系反应时间与粘度的关系反应温度40506070粘度/Pas)1.1211.2051.2291.214反应温度与粘度的关系反应温度与粘度的关系v由试验可知各种外部条件对改性效果的影响由试验可知各种外部条件对改性效果的影响程度：程度：v改性剂种类改性剂种类用量用量矿浆浓度矿浆浓度酸碱度酸碱度反反应时间应时间反应温度。反应温度。v9.7聚合物聚合物/膨润土纳米复合材料的制备膨润土纳米复合材料的制备v一、聚合物一、聚合物/层状硅酸盐层状硅酸盐(PLS)纳米复合材料纳米复合材料v聚合物聚合物/层状硅酸盐层状硅酸盐纳米复合材料纳米复合材料是将蒙

20、脱是将蒙脱石、凹凸棒石、高岭石、滑石等粘土矿物石、凹凸棒石、高岭石、滑石等粘土矿物以纳米尺度分散在聚合物中所形成的一类以纳米尺度分散在聚合物中所形成的一类新型复合材料。新型复合材料。v纳米复合材料是指分散相尺度至少有一维纳米复合材料是指分散相尺度至少有一维小于小于100纳米的复合材料。纳米的复合材料。v具有高耐热性、高强度、高模量、低膨胀系具有高耐热性、高强度、高模量、低膨胀系数等优越性能。数等优越性能。v综合无机物及有机物的优点。综合无机物及有机物的优点。v用于航空、汽车、船舶、电子、建筑、石油用于航空、汽车、船舶、电子、建筑、石油化工等行业。化工等行业。v二、分类二、分类v根据复合材料中粘

21、土片层在聚合物基体内根据复合材料中粘土片层在聚合物基体内的分散状态不同，聚合物的分散状态不同，聚合物/层状硅酸盐纳米层状硅酸盐纳米复合材料可分为以下三类。复合材料可分为以下三类。v（1）常规复合材料：复合材料中粘土保持）常规复合材料：复合材料中粘土保持原有的聚集状态，粘土的片层间未发生扩原有的聚集状态，粘土的片层间未发生扩展的变化，蒙脱石仅起到常规填料的作用。展的变化，蒙脱石仅起到常规填料的作用。插层型纳米复合材料 剥离型纳米复合材料v（2）插层型纳米复合材料：）插层型纳米复合材料：v层间距明显增大，但片层与片层的排列仍是层间距明显增大，但片层与片层的排列仍是规整有序的。规整有序的。v（3）剥

22、离型纳米复合材料：）剥离型纳米复合材料：v聚合物大量进入蒙脱石片层间，叠层结构被聚合物大量进入蒙脱石片层间，叠层结构被彻底破坏，片层以单一片层状无序而均匀地彻底破坏，片层以单一片层状无序而均匀地分散于聚合物中。分散于聚合物中。v三、制备方法三、制备方法v插层法是插层法是制备聚合物制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合层状硅酸盐纳米复合材料的方法。材料的方法。v插层法是将有机物插层法是将有机物单体或聚合物单体或聚合物（液体、（液体、熔体）插入层状硅酸盐片层间，使层状硅熔体）插入层状硅酸盐片层间，使层状硅酸盐以厚度酸盐以厚度1 nm左右的片层分散于基体中，左右的片层分散于基体中，形成纳米复合材料。形成纳米

23、复合材料。v插层法又分为插层法又分为原位插层聚合法原位插层聚合法和和聚合物插聚合物插层法。层法。v1、插层聚合法、插层聚合法v是使有机物单体通过扩散和吸引等作用力是使有机物单体通过扩散和吸引等作用力进入层状硅酸盐片层间，然后引发聚合，进入层状硅酸盐片层间，然后引发聚合，利用聚合热把片层打开，形成纳米复合材利用聚合热把片层打开，形成纳米复合材料。料。v2、聚合物插层法、聚合物插层法v是使聚合物分子通过是使聚合物分子通过溶剂溶剂的作用或的作用或机械剪切机械剪切等物理作用插入层状硅酸盐的片层间而形成等物理作用插入层状硅酸盐的片层间而形成纳米复合材料。纳米复合材料。v（1）聚合物溶液插层）聚合物溶液插

24、层v是聚合物大分子链在溶液中借助于是聚合物大分子链在溶液中借助于溶剂溶剂而插而插层进入蒙脱土的硅酸盐片层间层进入蒙脱土的硅酸盐片层间,然后再挥发除然后再挥发除去溶剂。去溶剂。v这种方式需要合适的溶剂来同时溶解聚合物这种方式需要合适的溶剂来同时溶解聚合物和分散粘土和分散粘土,而且大量的溶剂不易回收而且大量的溶剂不易回收,对环境对环境不利。不利。v（2）聚合物熔融插层）聚合物熔融插层v是聚合物在高于其软化温度下加热是聚合物在高于其软化温度下加热,在在剪切力剪切力作用下直接插层进入蒙脱土的硅酸盐片层间。作用下直接插层进入蒙脱土的硅酸盐片层间。v是有机处理的继续。是有机处理的继续。v四、工艺流程及设备

25、四、工艺流程及设备v有机蒙脱石有机蒙脱石+聚合物聚合物混合混合挤出造粒挤出造粒干干燥燥注塑成型注塑成型裁样裁样性能测试。性能测试。v或素炼胶或素炼胶+助剂助剂+有机蒙脱石有机蒙脱石压片压片硫化硫化制样制样测试。测试。v五、性能表征五、性能表征v测试复合材料的力学性能测试复合材料的力学性能v蒙脱石层间距的变化蒙脱石层间距的变化v透射电镜观察复合材料的微观结构。透射电镜观察复合材料的微观结构。v六、影响因素六、影响因素v随原料而不同。随原料而不同。v共同点是有机蒙脱石的加入量；加工条件等共同点是有机蒙脱石的加入量；加工条件等外部因素。外部因素。v（一）以聚丙烯为基体，以有机蒙脱石为（一）以聚丙烯为

26、基体，以有机蒙脱石为增强体，采用熔融插层法制备纳米复合材增强体，采用熔融插层法制备纳米复合材料。料。v原料：原料：PPv加工：首先用高速混合机将有机蒙脱加工：首先用高速混合机将有机蒙脱石与聚丙烯粉料混合均匀；石与聚丙烯粉料混合均匀；v然后用双螺杆挤出机将混合好的物料挤出、然后用双螺杆挤出机将混合好的物料挤出、造粒；造粒；双螺杆挤出机双螺杆挤出机v用注塑成型机将粒料注塑加工成为标准样条。用注塑成型机将粒料注塑加工成为标准样条。v注塑的温度为注塑的温度为230。v有机蒙脱石的用量分别为基体的：有机蒙脱石的用量分别为基体的：1%，3%，5%。v产品性能检测：产品性能检测：v用电子万能实验机；用电子万

27、能实验机；v简支梁（悬臂梁）式冲击机简支梁（悬臂梁）式冲击机。样品编号蒙脱石质量分数/%抗拉强度/MPa抗弯强度/MPa缺口冲击强度/(J/m2)断裂伸长率/%P0035.3139.6526.19389P1137.5642.3228.23343P3338.7745.7832.57310P5533.2441.0630.04267不同改性蒙脱石添加量下复合材料的力学性能不同改性蒙脱石添加量下复合材料的力学性能 复合材料蒙脱石的XRD图谱v（二）、以丁苯橡胶为基体（二）、以丁苯橡胶为基体v1.配料及混炼配料及混炼:在开放式炼胶机上先将胶料压软在开放式炼胶机上先将胶料压软,然后按一定比例、一定顺序加入

28、各种配合剂然后按一定比例、一定顺序加入各种配合剂,经经多次反复压炼多次反复压炼,使胶料与配合剂充分混合使胶料与配合剂充分混合,得到均得到均匀的混炼胶匀的混炼胶,滚筒转速为滚筒转速为18r/min。炼胶机辊温为。炼胶机辊温为40，混炼时间为，混炼时间为40min；v加料顺序为加料顺序为:生胶生胶促进剂、活性剂、防老剂等促进剂、活性剂、防老剂等液体软化剂液体软化剂有机蒙脱石有机蒙脱石硫磺。硫磺。v2.压片：压片：将混炼好的胶料在油压成型机上压制成将混炼好的胶料在油压成型机上压制成2mm的胶片。压延温度为的胶片。压延温度为70。v v3.硫化、制样硫化、制样:硫化使用硫化使用100t平板硫化机。在平

29、板硫化机。在150、10MPa条件下硫化条件下硫化15min。v拉力试验样条拉力试验样条,一律按国家标准一律按国家标准制成制成。编号抗拉强度扯断伸长率屈服点应力屈服点伸长率邵氏硬度 02.1442.21.01115.239 12.23236.41.38144.348 22.28343.31.49169.447 32.34318.31.52173.347丁苯橡胶丁苯橡胶/蒙脱石蒙脱石复合材料的力学性能丁苯橡胶/蒙脱石复合材料的X射线图谱3.69nm4.3nmv总结：v一、制备方法：v1、干法、湿法；v2、聚合物插层法v二、影响因素v三、产品性能测定v9.8凹凸棒石此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢