一种柔性凹凸棒土膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于凹凸棒土膜及其制备领域，特别涉及一种柔性凹凸棒土膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]无机膜因具有耐高温、耐酸碱、刚性及机械强度好等特点，其得以在食品工业、生物化工、化学工业、能源工程、环境工程、电子技术等领域广泛应用，尤其在气体分离、膜催化等领域显示出广阔的发展前景。但同时，无机膜也因具有无弹性，较脆，不易加工成型等缺点而影响了目前的应用。
[0003]粘土薄膜隶属于无机膜，以粘土为主要基质的粘土薄膜研究并不多见。巴川造纸所使用具有层状晶体结构的粘土粒子如蒙脱石等经必需的制糊、涂布、平坦化、干燥、剥离等工序制成表面平坦的粘土薄膜，其中所用粘土必须具有粘土粒子层状取向结构，成膜过程中必须在薄膜表面施加负荷压力(参见专利《粘土薄膜的制造方法及粘土薄膜》，CN101268013A)。此外，巴川造纸所将具有扁平状晶体结构的溶胀性粘土进行有机修饰，然后将有机改性后的粘土分散于极性有机溶剂中并涂布于基材或倒入容器中干燥制得兼具耐热性和耐水性的粘土薄膜，其中使用粘土必须为溶胀性的且可以进行层状取向的粘土，而粘土薄膜若具有柔性需要添加硅树脂等树脂以及流动性物质(参见专利《粘土土分散液及其制造方法、以及粘土薄膜》，CN101434481A)。
[0004]凹凸棒土，是一种含有大量水合镁铝硅酸盐成分的纳米纤维，在江苏、安徽等省储量丰富、价格低廉。其具有特殊的纤维状、棒状结构、吸附性能和良好的离子交换能力，被广泛应用于吸附剂、催化剂及载体、钻井泥浆增稠剂、黏接剂等。凹凸棒土具有较大的长径比，成型时棒状结构相互堆积易次生出大量孔洞，调节孔洞大小可截留不同尺寸的颗粒。同时，棒状结构交错堆积，使得其形成的孔洞结构更加稳定。目前，以具有一维晶体结构的凹凸棒土为主要基体成膜的研究仅搜索到一篇相关专利报道(专利《一种制备凹凸棒土膜的方法》，申请号:201310194949.5)，该专利报道了将凹凸棒土附着于陶瓷基体表面，然后通过烧结制得具有截留无机离子性能的膜材料，但是所得膜材料没有柔性。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性凹凸棒土膜及其制备方法，该方法无毒无害，环保成本低。制备的凹凸棒土膜柔性明显，且热稳定性、吸附性良好，在空气净化、废液过滤等领域具有应用前景。
[0006]本发明的一种柔性凹凸棒土膜，所述膜以凹凸棒土为基质，水溶性聚合物为添加剂；其中，凹凸棒土与水溶性聚合物的质量比为100:1?6。
[0007]所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酸、羟甲基纤维素和淀粉中至少一种。
[0008]本发明的一种柔性凹凸棒土膜的制备方法，包括:
[0009](I)将凹凸棒土膜分散在水中，加入稀酸，搅拌，过滤，洗涤至中性，烘干，研磨，过筛，分散于水中，超声，分离，得到凹凸棒土悬浮液；其中，凹凸棒土悬浮液中水和凹凸棒土的质量比为100:1?10 ;
[0010](2)在搅拌条件下将水溶性聚合物溶液滴加到步骤⑴制备得到的凹凸棒土悬浮液中，共混搅拌，得到共混悬浮液；其中，凹凸棒土与水溶性聚合物的质量比为100:1?6 ;
[0011](3)将步骤(2)中得到的共混悬浮液置于模具中，40?70°C恒温蒸发，得到柔性凹凸棒土膜。
[0012]所述步骤(I)中稀酸为稀盐酸溶液或者稀硫酸溶液；其中稀盐酸的浓度为0.1M?4M，稀硫酸溶液的浓度为0.1M?3M。
[0013]所述步骤(I)中的洗涤为用水洗涤。
[0014]所述步骤(I)中筛的规格为100?200目。
[0015]所述步骤(2)中水溶性聚合物溶液的质量浓度为10g/L?30g/L。
[0016]所述步骤(2)中水溶性聚合物溶液的滴加速度为0.5?2mL/min。
[0017]所述步骤(2)中搅拌条件为磁力搅拌，搅拌速度为800r/min?1000r/min。
[0018]所述步骤(2)中共混搅拌的搅拌速度为100r/min?200r/min，搅拌时间为6h?12h0
[0019]所述步骤(3)中模具为塑料模具。
[0020]本发明以具有纤维状晶体结构的凹凸棒土为主要材料，使用含量不超过6% (相对于凹凸棒土质量)的水溶性聚合物调节凹凸棒土悬浮液的触变性及稳定性，从而制备出具有均匀孔结构的柔性凹凸棒土膜，该膜材料在空气净化、废液过滤等领域具有潜在应用。
[0021]有益效果
[0022](I)本发明以凹凸棒土为基质，水溶性聚合物为添加剂，采用特定的工艺方法促进水溶性聚合物与高纯度的凹凸棒土在水中均匀分散；添加了少量水溶性聚合物的凹凸棒土悬浮液屈服应力点明显得到提高，且其触变性、可塑性及稳定性表现优异；
[0023](2)本发明制备的凹凸棒土膜属于无机材料，具有较大的比表面积和良好的吸附性能，可应用在高温环境下，也可作为催化剂等介质的载体，在空气净化、废液过滤等领域具有潜在应用；
[0024](3)本发明制备的凹凸棒土膜柔性明显，利于其包覆目标材料表面以提供最大接触反应面；
[0025](4)本发明在整个制备过程中只用到了水和原材料，膜组分简单但质地均匀，环保低成本。
【附图说明】
[0026]图1为实施例1中柔性凹凸棒土膜截断面的扫描电镜图；
[0027]图2为实施例1中柔性凹凸棒土膜在三点弯曲力学测试条件下的负荷-挠度曲线。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0029]实施例1
[0030](I)常温下，称取20g凹凸棒土分散于400mL去离子水中，并加入20mL的IM HCl溶液，机械搅拌器剧烈搅拌12h，然后过滤去除大颗粒物及杂质，离心得酸化后的凹凸棒土，而后用去离子水洗涤酸化后的凹凸棒土，再将其分散于去离子水中，离心、洗涤反复多次至滤液为中性即可。
[0031](2)在100°C的鼓风干燥机中将步骤⑴中的凹凸棒土烘干，并研磨成粉，过100目筛获得提纯的凹凸棒土。将2g提纯的凹凸棒土分散于400mL去离子水中，在超声波清洗仪中超声分散180min后，分离出上层稳定絮状物即得凹凸棒土悬浮液。
[0032](3)在60°C的鼓风干燥机中，将步骤(2)中的凹凸棒土悬浮液浓缩至粘稠。量取已知体积的悬浮液，在100°c的鼓风干燥机中烘干，根据失重质量，计算求得悬浮液的质量浓度为3.25%。
[0033](4)将0.56g聚乙烯醇溶解在50g去离子水中，在95°C油浴锅中加热搅拌6h至聚乙稀醇完全溶解，在磁力搅拌器800r/min的转速下