硅酸镁铝白色粉末，无味；不溶于水，但遇水膨胀水化，形成胶体悬浮液；具有剪切变稀、触变性；胶体稳定 pH 范围 3.5~11，有离子交换性、吸附性。具有二维纳米片层结构,其在水中分散后具有较好的悬浮性、触变性和增稠性,常作为增稠流变助剂,广泛应用于油漆、油墨、涂料、聚合物、水处理等领域。硅酸镁铝的来源主要有人工合成和膨润土经提纯和改性制得(也称蒙脱石)。人工合成硅酸镁铝片层尺寸较小,约几十纳米;膨润土提纯改性制备的硅酸镁铝片层尺寸较大,约几百纳米。硅酸镁铝可与聚丙烯酸、聚乙二醇等亲水性有机高分子复合,提高其保水性能川-,可与羧甲基纤维素钠(CMC)、黄原胶、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基纤维素(HEC) 等亲水性有机高分子配合使用,提高其在水中的凝胶性能。上述亲水性有机高分子多由天然植物纤维加工而成,在水相环境中使用易腐败、变性,耐久性差。聚丙烯酸-羧酸乙烯共聚物也称为卡波姆,是季戊四醇与丙烯酸交联获得的高分子丙烯酸交联树脂,其在水相体系中分散中和后,具有优异的凝胶性能,且材料结构稳定,不易腐败降解。采用聚丙烯酸-羧基乙烯共聚物复合改性硅酸镁铝的研究尚鲜见报道。
本试验采用自制聚丙烯酸-羧基乙烯共聚物对硅酸镁铝进行表面改性。研究改性工艺条件对硅酸镁铝表面形貌及结构的影响。并将改性后硅酸镁铝分别分散在水相、丙烯酸乳液中,研究改性硅酸镁铝在不同分散体系中的流变性能,为改性硅酸镁铝在乳液中的应用提供参考。
试样制备
改性硅酸镁铝试样制备:取4000mL蒸馏水倒入烧杯中,加入80g硅酸镁铝粉末,用搅拌机以2000r/min转速搅拌分散30min,所得悬浮浆液在室温下放置24h,使硅酸镁铝充分水化。用低浓度硫酸调节pH值,室温搅拌反应30min;加入改性剂(KB-U),室温搅拌反应1h;再加入质量分数为5%的氢氧化钠溶液,室温搅拌反应1h;喷雾干燥,得到改性硅酸镁铝试样。
改性硅酸镁铝-水分散浆的制备:取190g蒸馏水倒入烧杯中,加入10g改性硅酸镁铝,用搅拌机以2000r/min转速搅拌分散30min,所得悬浮浆液在室温下放置24h,进行流变性能测试。
改性硅酸镁铝-丙烯酸乳液分散浆的制备：取水、润湿剂、分散剂、消泡剂、铁红、硫酸钡、滑石粉,搅拌分散后,进行砂磨处理,制备颜料、填料预分散浆,控制分散浆物料细度小于35μm;加入改性硅酸镁铝-水分散浆,以1000r/min转速搅拌15min;加入pH值调节剂、流平剂、消泡剂、防闪锈助剂,以1000r/min转速搅拌分散5min;然后加入成膜助剂和丙烯酸乳液,以700t/min转速搅拌分散15min,得到改性硅酸镁铝 -丙烯酸乳液分散浆，放置24h后进行流变性能测试。
结果与结论
1.采用KB-U改性硅酸镁铝，KB-U并未插层进入硅酸镁铝片层层间,KB-U与硅酸镁铝以共混状态存在;KB-U与硅酸镁铝之间存在相互作用。KB-U促进硅酸镁铝片层排列更规整,同时硅酸镁铝颗粒内部片层结合更松散。
2.改性硅酸镁铝 -水分散体系表现出典型的剪切变稀流体特性,且会在流变曲线上形成明显的滞后环,表现出触变性能。KB-U用量和改性pH值均对样品的流变性能有较大影响,KB-U 用量影响更大，本试验中流变性能最好的样品是DL-10%KB。
3.改性硅酸镁铝-丙烯酸乳液分散体系下,硅酸镁铝在丙烯酸乳液分散体系中分散,主要依赖硅酸镁铝分散后形成的片层数量和KB-U分子链的相互作用提供流变性能。在本试验条件下,在丙烯酸乳液分散体系中使用,DL-10%KB样品的流变性能最佳[1]。
参考文献
[1]李静静,宋海明,王春伟,等. 硅酸镁铝表面改性及其流变行为研究[J]. 非金属矿,2021,44(3):55-59. DOI:10.3969/j.issn.1000-8098.2021.03.014.