一种高岭石片状晶体及其制备方法技术

本发明专利技术属于高岭土深加工技术领域，具体涉及一种高岭石片状晶体及其制备方法。该高岭石片状晶体的直径小于２微米，平均直径５００－８００纳米，厚度小于７００纳米，平均厚度８０－３００纳米，比表面积３２．７－４９．８ｍ２／ｇ，制备时综合采用化学插层、机械磨剥、煅烧处理方法，该法包括下述步骤：以传统的普通高岭土或煤系高岭土为主要原料，先利用二甲基亚砜为插层剂制备高岭土／二甲基亚砜插层复合体；再以尿素为插层剂，通过置换二甲基亚砜分子制备出高岭土／尿素插层复合体；将高岭土／尿素插层复合体进行机械磨剥后，进行煅烧处理，再经过超声处理，实现对高岭石的层状剥离，从而获得晶形良好的高岭石片状晶体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高岭土深加工
，具体涉及一种高岭石片状晶体，同时还涉及 一种该高岭石片状晶体的制备方法。
技术介绍
高岭土是一种主要由高岭石矿物组成的非金属矿产资源，在陶瓷、水泥、建材、耐 火材料、造纸、涂料、橡胶、塑料、化工、医药等行业应用广泛。在造纸、涂料、橡胶、塑料、化妆 品等行业中，不仅要求高岭石的粒度细，而且要求高岭石具有片状晶形；粒度方面，要求高 岭石的粒度为微米、亚微米甚至纳米级。例如，高岭土用作高档涂料时，要求小于2微米的 颗粒占90-95%，用作造纸填料要求小于2微米的颗粒占78-80%，高性能涂料配方中使 用的高岭土粒度要求最细仅为0. 2微米。具有片状晶形的高岭石可以提高各种涂料的遮盖 力，用作橡胶、塑料的填料，不仅能够提高产品的力学性能，而且可以大幅度提高产品的气 体阻隔性能。高岭石的成因、产地、晶体结构等特征对插层效果有较大的影响。煤系硬质高岭土 是一种我国独有的、储量丰富的、赋存于煤系地层中的矿产资源，以往常常作为煤矸石而废 弃，造成了极大的资源浪费，又严重污染了环境。由于形成于特殊的沉积环境，且没有经过 长期的风化，煤系高岭土常呈坚硬的块状，其中的高岭石矿物很难剥离。高岭石是一种具有层状结构的粘土矿物，由硅氧四面体层和铝氧八面体层按 1 1组成基本的结构单元层，各基本结构单元层之间以氢键和范德华力连接成重叠的层 状堆叠，由此形成了高岭石的层状结构，层间距为0.714纳米。目前，工业生产中通常采用 单一的机械粉碎法来制备超细高岭土，但该法很难制备出2微米以下颗粒达到90%以上的 高岭土粉体。如果增加粉碎时间，不仅会提高能耗、增加成本，而且还会因研磨过度而严重 破坏高岭石晶体的层状结构，无法获得片状的高岭石，满足不了高档产品的性能指标要求。由于高岭石是具有层状结构的晶体，且层与层之间的结合力较弱，为了获得高岭 石片状晶体，人们开发出了化学插层剥片技术，整个技术的关键是(1)获得插层率高的高 岭石插层复合体；(2)插层剂分子易于去除。目前公开的有关高岭土的剥片、片状高岭石制 备的文献报道、专利，主要是以普通的软质高岭土为原料而进行的剥片，且要求高岭土原料 为分散状、粒度小于5微米，所制高岭土剥片产品的比表面积一般为20m2/g，即使是纳米高 岭土，其报道的最大比表面积也仅为32m2/g ；而对煤系高岭土的剥片研究则很少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高岭石片状晶体，其片径小、厚度薄、晶形良好，改善 了高岭石的性能，扩大了应用范围。同时，本专利技术的目的还在于提供一种高岭石片状晶体的制备方法，以扩大高岭土 原料的选择范围，降低成本，提高生产效率，提高环境效益。一种高岭石片状晶体，该高岭石片状晶体的直径小于2微米，平均直径500-800纳米，厚度小于700纳米，平均厚度80-300纳米，比表面积32. 7—49. 8m2/g。一种制备高岭石片状晶体的方法，包括以下步骤(1)制备高岭土 / 二甲基亚砜插层复合体；(2)将高岭土 / 二甲基亚砜插层复合体与浓度为ll-15mol/L的尿素溶液按 1 (8-12)的质量比混合后，在20-100°C、搅拌下反应l_48h，抽滤或离心分离、所得沉淀 物用蒸馏水或无水乙醇洗涤、干燥后，制得高岭土 /尿素插层复合物；(3)对高岭土 /尿 素插层复合物进行机械磨剥；(4)将得到的机械磨剥样品在160-450°C的温度下加热处理 0. 5-2h ； (5)热处理后的样品经后处理后得到高岭石片状晶体。所述高岭土 / 二甲基亚砜插层复合体采用以下制备方法制各先将高岭土原料机 械粉碎至粒度小于43微米；将蒸馏水和二甲基亚砜按1 5-1 50的体积比配成混合溶 液，然后将高岭土与二甲基亚砜溶液按约1 (8-12)的质量比混合，于55-80°C连续搅拌反 应4-48h后，抽滤或离心分离，所得沉淀物用无水乙醇洗涤、干燥后，制得高岭土 / 二甲基亚 砜插层复合体。所述机械磨剥的过程为将高岭土 /尿素插层复合物、硅酸锆研磨介质球和饱和 尿素溶液按1 (2.0-2.5) (0.5-0.8)的体积比混合后机械磨剥4-12h，抽滤或离心分 离、洗涤、干燥。所述后处理的过程为将热处理后的样品置入8095°C蒸馏水中超声处理0. 5-lh 后，抽滤或离心分离、干燥；最后用搅拌机打散后，即得高岭石片状晶体。所述高岭土原料为普通软质高岭土或煤系硬质高岭土。本专利技术以高岭石/ 二甲基亚砜插层复合体为前驱体，采用置换插层法制备出高岭 石/尿素插层复合体，可将插层率提高至90-98 %，最后采用特殊的热处理方式彻底将尿 素分子去除，最终得到的高岭石片状晶体的直径小于2微米，平均直径500-800纳米，厚度 小于700纳米，平均厚度80-300纳米，比表面积32. 7-49. 8m2/g。该高岭石产品呈片状，直 径小，厚度薄，且保持了高岭石固有的晶体结构，可满足造纸、涂料、橡胶、塑料、化妆品等高 档产品的需求，能够大幅提高各种涂料的遮盖力，以及橡胶、塑料的力学性能和气体阻隔性 目邑，等。本专利技术以高岭石/ 二甲基亚砜插层复合体为前驱体，采用置换插层法制备出高岭 石/尿素插层复合体，可将其插层率提高至90-98%，将高岭石的晶层间距由0. 714纳米提 高至1. 07纳米(高岭石/尿素插层复合体)，从而削弱了高岭石晶层之间的作用力；通过 适当的机械磨剥，在一定程度上实现高岭石的层间剥离；将机械磨剥后的高岭石/尿素插 层复合体在160-450°C进行热处理，则插层于高岭石晶层间的尿素于160°C快速分解而释 放出大量的氨气，有时还生成缩二脲或三聚氰酸。快速释放的氨气使得绝大多数的高岭石 晶层发生剥离；而缩二脲、三聚氰酸分别于190°C、36(TC熔融分解，会使160°C时未剥离的 高岭石晶层再次发生剥离。此外，缩二脲、三聚氰酸易溶于热水中，因此，将热处理后的样品 置入90°C的热水中超声处理，也会因缩二脲、三聚氰酸的溶解而实现高岭石的层状剥离。因 此，通过热处理及后处理，可以达到彻底去除尿素分子及其分解产物的效果。随着尿素、缩 二脲、三聚氰酸的先后分解及去除，实现了对高岭石的多层次、多重的层状剥片。由于机械 磨剥时间短，而且热处理温度未超过高岭石晶体的分解温度，因此，本专利技术的热处理过程既 保持了高岭石的晶体结构，又实现了高岭石晶体的片状剥离。本专利技术制备方法采用的高岭土原料的粒度上限可以提高至43微米，降低了对高岭土原料的前期处理成本；采用置换插层的方法，将高岭石/尿素插层复合体的插层率提 高至90%以上。本专利技术方法制备出了片径小、厚度薄、晶形良好的高岭石片状晶体，取得了 提高生产效率、降低生产成本、易于实现工业化生产的效果。本专利技术的方法不仅适用于普通软质高岭土，而且同样适用于煤系硬质高岭土，解 决了利用煤系硬质高岭土制备高岭石片状晶体的难题，使得可以利用煤系高岭土作为原料 制备高岭石片状晶体，不仅解决了普通软质高岭土资源储量不足的问题，也解决了煤系高 岭土作为煤矸石而长期堆放导致的严重的环境问题，因此，本专利技术还具有显著的社会效益 和环境效益。附图说明图1为本专利技术实施例1、2、3、4所用煤系高岭土原料的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例1制得的高岭石片状晶体的扫描电镜图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高岭石片状晶体，其特征在于：该高岭石片状晶体的直径小于２微米，平均直径５００－８００纳米，厚度小于７００纳米，平均厚度８０－３００纳米，比表面积３２．７－４９．８ｍ↑［２］／ｇ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许红亮，陈德良，王萌，王海龙，卢红霞，张锐，郭辉，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]