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膨润土矿物凝胶是一种非常重要的触变性凝胶产品,由于其能耐酸碱、稳定性好、成本低、无毒、无刺激而被广泛用于牙膏、化妆品、涂料、医药等领域。
本文以黄山地区钙基膨润土为原料,首先对膨润土的提纯、漂白工艺进行了探索:对膨润土无机凝胶制备过程中的钠化改型、磷化改性、胶化等工艺进行了研究;利用响应面法对凝胶型有机膨润土制备的工艺参数进行了优化,对有机改性剂的烷烃链在层间的排列方式影响制备的膨润土有机凝胶粘度机理进行了探讨;利用XRD、SEM/EDS和FT-IR等测试手段对提纯土、漂白土、有机改性土的结构进行了分析;同时对工艺过程进行了经济效益估算和环保分析。论文的主要结果如下:
(1)在试验确定的最佳提纯工艺条件下,膨润土原矿经提纯后,其蒙脱石含量从80%提高到98%。XRD分析结果表明,提纯后蒙脱石衍射峰强度显著增强,杂质衍射峰强度明显减弱,说明提纯效果明显。
(2)在试验确定的最佳漂白工艺条件下,提纯膨润土经过漂白处理后,其白度从原矿的33.6%提高到85.6%。XRD分析结果表明,漂白后的膨润土中蒙脱石晶型完好、结构未受漂白试验影响。SEM/EDS分析结果表明,漂白试验对膨润土中的铁去除效果明显。
(3)在试验确定的最佳无机凝胶制备工艺条件下,漂白土经钠化改型、磷化改性以及胶化等制备工序后,制得的无机矿物凝胶产品质量达到了牙膏用无机凝胶标准的要求。钠化土XRD分析结果表明,漂白土钠化改型后的d001值由原土的1.4718 nm变为1.2440 nm,为典型的钠基土,说明钠化改型的效果良好。
(4)在响应面法优化的最佳工艺条件下,利用十六烷基三甲基溴化铵对钠化土进行有机改性,制得的凝胶型有机膨润土质量达到了涂料用有机膨润土标准的要求;由该有机土制得的有机矿物凝胶的粘度可达3562mPa·S。XRD和FT-IR分析结果表明,有机改性剂十六烷基三甲基溴化铵成功地插入蒙脱石的层间。
(5)经济效益估算和环保分析结果表明,由黄山地区膨润土制备矿物凝胶产品的生产具有良好的经济效益,生产过程基本符合清洁化生产要求。