一种高岭土制备的玻璃模具及其制备方法与流程

本文公开了一种高岭土制备的玻璃模具及其制备方法，属于高岭土加工领域。

背景技术：

1、高岭土，是一种非金属矿产，是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩。因呈白色而又细腻，又称白云土，因江西省景德镇高岭村而得名。其质纯的高岭土呈洁白细腻、松软土状，具有良好的可塑性和耐火性等理化性质。其矿物成分主要由高岭石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脱石以及石英、长石等矿物组成。高岭土用途十分广泛，主要用于造纸、陶瓷和耐火材料，其次用于涂料、橡胶填料、搪瓷釉料和白水泥原料，少量用于塑料、油漆、颜料、砂轮、铅笔、日用化妆品、肥皂、农药、医药、纺织、石油、化工、建材、国防等工业部门。

2、高岭土加工制成的陶瓷，颜色较白，质地较轻，具有十分广阔的消费市场。然而，高岭土加工成陶瓷过程需要进行高温烧结，烧结温度超过1200℃，这个过程需要消耗大量的能量。此外，高岭土成形的方法一般包括手捏、轮制、模塑等方法，难以制造复杂结构的模型，无法满足一些客户对成形产品的定制化需求。因此，亟需一种低能耗、可制备复杂模型的方法来扩大高岭土的应用领域，为高岭土的利用方式提供一种新的思路。

3、3d打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3d打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

技术实现思路

1、针对目前高岭土制备陶瓷过程中能耗高、难以制备复杂结构模型的不足，本发明通过分别对高岭土和纳米二氧化硅进行化学改性，使得高岭土和纳米二氧化硅表面分别具有碳碳双键和环氧基结构，进一步将两种粉末混合分散在分散相中得到可热固化和光固化的前驱体溶液，该前驱体溶液可用于3d打印，便于制备结构复杂的模型。

2、本发明的目的是提供一种高岭土制备的玻璃模具及其制备方法，特别是以高岭土为原料，经过化学改性制备的玻璃模具。

3、一种高岭土制备的玻璃模具，按重量分数计，所述高岭土制备的玻璃模具的组成为：改性高岭土10～30份、改性纳米二氧化硅30～40份、分散相10～12份、光引发剂2～5份、热引发剂3～8份、抑制剂1～3份和光吸收剂5～8份。

4、在其中一些实施例中，所述改性高岭土的制备包括以下步骤：

5、s1配制高岭土改性溶液：将丙烯基三氯硅烷加入正庚烷溶液中，丙烯基三氯硅烷和正庚烷的质量分数比为1：90～100；在20～30℃，搅拌速度为200～500转/分钟，氮气保护下，反应0.5～1小时，得到高岭土改性溶液；

6、s2改性高岭土：将高岭土加入s1配制的高岭土改性溶液中，高岭土和溶液的质量分数比为1：5～10，在温度为20～30℃，搅拌速度为200～500转/分钟，氮气保护下反应6～12小时，过滤，分别收集滤液和滤渣，将滤渣在40～50℃，压力为0.1mbar下干燥12～18小时，得到改性高岭土，滤液可重新作为高岭土改性溶液；

7、在其中一些实施例中，所述改性纳米二氧化硅的制备包括以下步骤：

8、s3配制纳米二氧化硅改性溶液：将3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和甲苯加入圆底烧瓶中，3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和甲苯的质量分数比为1：8～12，在40～50℃，搅拌速度为500～1000转/分钟，氮气保护下，反应0.5～1小时，直至3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷完全溶解，得到纳米二氧化硅改性溶液；

9、s4改性纳米二氧化硅：将纳米二氧化硅加入s2制备的纳米二氧化硅改性溶液中，纳米二氧化硅与溶液的质量分数比为1：4～8，在40～50℃，搅拌速度为500～1000转/分钟，氮气保护下，反应18～30小时，过滤，分别收集滤渣和滤液，将滤渣在40～50℃，压力为0.1mbar下干燥8～12小时，得到改性二氧化硅，滤液可重新作为纳米二氧化硅改性溶液；

10、在其中一些实施例中，按重量分数计，所述分散相的组成为甲基丙烯酸羟乙酯50～70份、四乙二醇二丙烯酸酯5～15份、苯氧乙醇20～40份，将甲基丙烯酸羟乙酯和四乙二醇二丙烯酸酯加入到苯氧乙醇中，温度为20～30℃，搅拌速度为200～500转/分钟下，反应0.5～1小时，形成均一的分散相。

11、在其中一些实施例中，所述光引发剂为二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮中的一种或多种结合。

12、在其中一些实施例中，所述热引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮中的一种或多种结合。

13、在其中一些实施例中，所述抑制剂为对苯二酚、苯醌中的一种或多种组合。

14、在其中一些实施例中，所述光吸收剂为tinuvin 384-2、苏丹橙g中的一种或多种组合。

15、本发明还提供了一种高岭土制备的玻璃模具的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

16、s5、按配方，将改性高岭土与改性二氧化硅加入球磨机中进行混合，保证两种粉末混合均匀，得到混合粉末；

17、s6、按配方将混合均匀的混合粉末加入分散相中，得到混合溶液；然后依次加入光引发剂、热引发剂、抑制剂和光吸收剂，进一步将混合溶液在温度为20～30℃，超声功率为500～800w下，超声分散3～5小时，然后将超声后的混合溶液在20～30℃，压力为0.1mbar下脱气18～24小时，得到前驱体混合溶液；

18、s7、得到的前驱体溶液可以通过热固化和光固化两种方式固化，固化步骤分别如下：

19、热固化：将前驱体溶液置入模具中，在温度为100～150℃下，进行固化3～5小时，得到热固化的玻璃模具；

20、光固化：将前驱体溶液置入模具中，在紫外光照射下进行固化，固化时间为10～20分钟，得到光固化的玻璃模具。

21、s8、将固化的玻璃模具在温度为500～700℃下进行烧结，烧结时间为3～5小时，然后提升烧结温度至1000～1200℃，烧结时间为8～12小时，得到高岭土制备的玻璃模具。

22、本发明具有以下优点：

23、(1)将高岭土经过化学改性，使其表面具有大量的碳碳双键，纳米二氧化硅经过改性，表面具有大量的环氧基，环氧基和碳碳双键在热固化或光固化过程中发生迈克尔加成反应，使得纳米二氧化硅颗粒通过化学键的形式与高岭土结合，在后期高温烧结过程中，利于纳米二氧化硅黏附在高岭土表面，不容易脱落；

24、(2)将高岭土与纳米二氧化硅分散在可光固化和热固化的分散相中，固化条件比较温和，可减少能量消耗，便于降低生产成本；

25、(3)将高岭土与纳米二氧化硅分散在可光固化和热固化的分散相形成前驱体溶液，可用于3d打印成形，可制备复杂结构的模型，丰富高岭土制备玻璃模具的结构和造型，为客户定制特定的模型创造了条件，并且不需要模具；

26、(4)本发明将3d打印技术应用于高岭土加工，为高岭土的成形技术提供了新的方案，便于以高岭土为原料制备几何结构复杂的三维模型，结合高岭土耐酸耐碱、抗高温等性质，为高岭土制备高价值产品提供了新的制造技术，扩大了高岭土的应用领域。