一种用于橡胶填料的纳米高岭土的制备方法与流程

1.本发明属于高岭土加工工艺技术领域，具体涉及一种用于橡胶填料的纳米高岭土。


背景技术：

2.高岭土层间通过内表面羟基相连，导致高岭土颗粒厚度较大，剥离分散困难，不容易呈现二维片层结构材料的纳米尺寸效应，限制了高岭土的应用效果。但高岭土粒径被加工到纳米级别后，因其独特的片层晶体结构，大的比表面积，小尺寸效应，可用于各种橡胶制品，显著提高其机械物理性能，可部分替代白炭黑和炭黑，同时降低其生产成本，特别是在弹性、抗屈挠、气密性能和拉断伸长率方面具有优势。
3.然而国内纳米高岭土技术研究较少，目前所使用的方法大多是以甲醇和高岭土按一定比列混合，制备成高岭土插层前体，再以不同的插层剂进行二次插层，经化学插层工艺处理的纳米高岭土粒径可以达到300-500nm，片层厚度达到20-50纳米之间，但该方法在生产过程中产生有害化学物质的挥发和排放，对环境非常不友好，同时制备过程中的甲醇为易燃易爆物，生产过程复杂，存在较大安全隐患，生产连续性差，且生产成本较高；国内对煅烧高岭土表面改性的研究比较多，煅烧高岭土因层间结晶水被高温煅烧后脱离，细度一般在微米级别，无法达到纳米级别，表面改性工艺多为高混机高速摩擦生热改性，改性煅烧高岭土多应用于绝缘橡胶和塑料，如电缆绝缘层，起到增大电阻的作用，但补强作用不突出。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的不足，本发明提供一种用于橡胶填料的纳米高岭土的制备方法，该方法工艺简单环保并且能充分的剥离高岭土片层结构，使得粒径达到300-500纳米，片层厚度达到20-50纳米之间，可使得高岭土纳米效应在橡胶体系中充分发挥，起到高补强、高填充的作用。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于橡胶填料的纳米高岭土的制备方法，具体包括以下步骤：（1）选料破碎：选用山西北部的煤系高岭石，剔除其中夹杂的粘土、杂石，将高岭石投入破碎机中充分破碎，使其破碎后粒径均匀，使其粒径小于10mm；（2）微米粗磨：将步骤（1）中破碎后的粉末加入去离子水制浆，使浆的固含量为40～50%，在浆中加入干粉重量0.5-2%的分散剂，使用球磨机研磨物料达到微米级别，使其粒度达到d50≤3μm；（3）湿法分级：使用多层振动筛将步骤（2）微米研磨后的浆进行再次振动筛选，使未被磨细的大颗粒再次振动破碎，使得500目筛余物≤1%；（4）纳米研磨：使用盘式砂磨机添加规格1.5-3.0mm的6.0g/cm3密度的锆珠，高效研磨步骤（3）湿法分级后的浆，使其快速减少1.5μm以上颗粒，325目筛余物≤0.003，之后使用棒销砂磨机添加规格0.6-1.2mm的6.0g/cm3密度的锆珠进行二次研磨，使得粒径达到d50≤
500nm。
6.（5）离心干燥、解聚：将步骤（4）研磨后的浆液经过滤器由泵送至离心喷雾干燥塔内雾化干燥，被干燥的物料由干燥塔底部和旋风分离器排出，废气由风机排出；经干燥的物料经螺旋机进入粉体解聚打散机内，经高速旋转的转子进行冲击剪切使物料粉碎，使得325目筛余物≤0.003%；（6）表面改性：在步骤（5）的粉末中加入改性机内，加入改性剂，改性剂用量为粉末总量的0.5-2%，改性温度为70-110℃；（7）干法分级、包装：经改性机表面改性的物料进入分级机腔内，经高速旋转的分级转进行分级，分级频率30-50hz，325目筛余物≤0.003%，分级后进行包装即可。
7.进一步的，上述步骤（1）中破碎采用两级串联破碎，分别经颚式破碎机、锤式破碎机两级破碎，颚式破碎机粗破粒径≤30mm，锤式破碎机细破粒径≤10mm。
8.进一步的，上述步骤（2）中的分散剂为六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠、焦磷酸钠中的一种或几种的复配物。
9.进一步的，所述步骤（5）中的离心喷雾干燥塔喷雾料水分≤1.0%，压差＜1500pa，塔内压力＞-500pa，出风温度≥110℃。
10.进一步的，上述步骤（6）中改性剂为硬脂酸、酞酸酯、硅烷、硅酸钠中的一种或几种的复配物。
11.本发明的有益效果：本发明工艺条件更为简单，设备投入少，操作人员劳动强度低，自动化程度高，该过程不使用有毒有害、易燃易爆原料，降低生产安全性，生产过程使用水做溶剂，不需要回收，无环境污染，极大的降低了生产成本。
12.本发明原料经微米粗磨物料达到微米级别，湿法分级控制微米粗磨过程中的未被磨细的大颗粒，纳米研磨提供粒度、筛余物和分散细度合格的熟浆，盘式砂磨机使用大粒径研磨介质高效研磨快速减少1.5μm以上颗粒，325目筛余物≤0.003，其大体积设计，大容量装填研磨介质，高效研磨快速降低物料平均粒径，有效保证研磨产量，棒销砂磨机装填小粒径大比重研磨介质，并具备高线速度，克服物料粘度在传统研磨设备中无法研磨的困难，实现物料超细研磨达到纳米级别；表面改性改变高岭土表面特性，降低物质极性，提高与橡胶的反应活性，产品应用于橡胶制品中，适用于：cm/cpe、cr，nbr，epdm，iir，hiir，nr，br、sbr、硅橡胶等，优异综合性能，橡胶补强剂新选择。
具体实施方式
13.下面将结合实施例对本发明所述的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例：一种用于橡胶填料的纳米高岭土的制备方法，具体包括以下步骤：（1）选料破碎：选用山西北部的煤系高岭石，剔除其中夹杂的粘土、杂石，将高岭石投入破碎机中充分破碎，破碎采用两级串联破碎，分别经颚式破碎机、锤式破碎机两级破碎，颚式破碎机粗破粒径≤30mm，锤式破碎机细破粒径≤10mm。使其破碎后粒径均匀，使其粒径小
于10mm；（2）微米粗磨：将步骤（1）中破碎后的粉末加入去离子水制浆，使浆的固含量为40～50%，在浆中加入干粉重量0.5-2%的分散剂，分散剂为聚丙烯酸钠，使用球磨机研磨物料达到微米级别，使其粒度达到d50≤3μm；（3）湿法分级：控制微米粗磨过程中的未被磨细的大颗粒，使用多层振动筛将步骤（2）微米研磨后的浆进行再次振动筛选，使未被磨细的大颗粒再次振动破碎，使得500目筛余物≤1%；（4）纳米研磨：使用盘式砂磨机添加规格1.5-3.0mm的6.0g/cm3密度的锆珠，高效研磨步骤（3）湿法分级后的浆，使其快速减少1.5μm以上颗粒，325目筛余物≤0.003，之后使用棒销砂磨机添加规格0.6-1.2mm的6.0g/cm3密度的锆珠进行二次研磨，使得粒径达到d50≤500nm，通过此步骤提供粒度、筛余物和分散细度合格的熟浆；（5）离心干燥、解聚：将步骤（4）研磨后的浆液经过滤器由泵送至离心喷雾干燥塔内雾化干燥，被干燥的物料由干燥塔底部和旋风分离器排出，废气由风机排出，离心喷雾干燥塔喷雾料水分≤1.0%，压差＜1500pa，塔内压力＞-500pa，出风温度≥110℃；经干燥的物料经螺旋机进入粉体解聚打散机内，经高速旋转的转子进行冲击剪切使物料粉碎，使得325目筛余物≤0.003%；（6）表面改性：在步骤（5）的粉末中加入改性机内，加入改性剂，改变高岭土表面特性，降低物质极性，提高与橡胶的反应活性，改性剂为硅酸钠，用量为粉末总量的0.5-2%，改性温度为70-110℃，；（7）干法分级、包装：过滤表面改性过程中团聚的颗粒，经改性机表面改性的物料进入分级机腔内，经高速旋转的分级转进行分级，分级频率30-50hz，325目筛余物≤0.003%，。分级后进行包装即可。
14.根据本制备方法制成的纳米高岭土，检测指标如下：项目单位指标范围外观/灰白色粉末粒度d50，nm＜400吸油量g/100g50
±
5ph 9
±
1水分%≤0.8真密度g/cm
³
2.60以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明中各工艺步骤会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。