CN101200602A

CN101200602A - 一种纳米碳酸钙复合颜料的制备方法

Info

Publication number: CN101200602A
Application number: CNA2007101130943A
Authority: CN
Inventors: 陈祥芝; 徐西庆; 李德永
Original assignee: SHANDONG HAIZE NANOMETER MATERIALS CO Ltd
Current assignee: SHANDONG HAIZE NANOMETER MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2008-06-18

Abstract

一种纳米碳酸钙复合颜料的制备方法，使用超重力制备的纳米碳酸钙，以湿法物理处理包覆颜料，最终复合染料中纳米碳酸钙含量为10％～30％。在容器中制备纳米碳酸钙浆料；在高速搅拌的条件下加入颜料，得到纳米碳酸钙包覆的颜料浆料；搅拌结束后，将所得到的复合浆料经过干燥、研磨，得到纳米碳酸钙复合颜料。本发明具有混合工艺简单、物料滞留小、稳定性高、操作能耗低、污染程度低等优点；制得的纳米碳酸钙复合颜料，分散效果好，得到的粒径分布较均匀，减少颜料用量，能够代替颜料的用量为10％～30％降低成本，提高颜料的相关性能，提高了对制品的遮盖力和着色力。对颜料的应用以及纳米碳酸钙应用领域都具有广阔的前景和丰厚的经济效益。

Description

一种纳米碳酸钙复合颜料的制备方法

技术领域

本发明属于纳米碳酸钙应用技术领域，特别涉及用纳米碳酸钙湿法包覆颜料的一种高效处理的方法，具体地说是一种新型的纳米碳酸钙复合颜料的制备方法。

背景技术

随着经济的发展，世界各地对颜料的需求愈来愈大。世界总的颜料生产能力也是飞速发展。众所周知的原因，传统颜料生产常常伴随大量的废液、废气，所以给环境带来严重的污染。面对着越来越大的环保压力，世界各国正积极开发高性能的颜料，在满足使用要求的前提下，尽量减少颜料的用量。

颜料是一种有色的细颗粒粉状物质，一般不溶于水、油、溶剂和树脂等介质中，能分散于各种介质中。它具有遮盖力，着色力，对光相对稳定，常用于配制涂料、油墨以及着色塑料和橡胶，因此又可称为着色剂。颜料与染料的分别：颜料是不溶解于媒介中，染料是溶解于媒介中 (如：水、溶剂、油、塑料或高分子等)；颜料是以物理分散方式混和于媒体中，染料是溶解于媒体中；颜料需要分散，染料需要溶解；颜料存在媒体里是粒子状，染料是分子状。

使用颜料最多的是涂料工业，用来调制各类色漆、磁漆、底漆和防锈漆。其次，颜料多用于油墨工业、塑料工业、轻工业、建筑材料工业、文教用品等。

颜料的表面处理技术是近代颜料生产的新技术。对颜料的颗粒表面进行某种表面处理，可以显著改变颜料的表面特性，使之更加符合用户的要求。表面处理的作用可概括为以下三个方面：①提高颜料本身的特性，如着色力、遮盖力等；②提高使用性能，增强颜料在溶剂和树脂中的分散性和稳定性；③提高颜料制成品的耐久性、化学稳定性和加工性能。一般情况，经过表面处理的颜料，应用于涂料中可以改善颜料的分散性能，改变在分散过程中的流变状态，提高颜料的耐候性、耐光性、耐化学反应性等。

开发新型颜料，除了提高颜料的化学性能外，很重要的途径就是改进现有的传统工艺。颜料的表面处理可以通过无机包膜和添加有机表面活性剂来实现其目的，例如：铅铬黄颜料可以用二氧化硅或锑化合物或稀土元素进行表面处理，以提高其耐光、耐热和化学稳定性；镉红通过Al₂O₃、SiO₂包膜表面处理也可以提高其分散性和耐候性；氧化铁颜料可以用硬脂酸作表面处理剂，提高其在有机介质中的分散性，也可以通过Al₂O₃表面处理，增强其表面亲油性能；氧化铁蓝颜料耐碱性差，可以通过脂肪胺表面处理来增强其耐碱性能；透明氧化铁黄，可以通过添加十二烷基萘磺酸钠表面处理来提高它的分散性和透明度；钛白粉可以通过Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂表面处理来提高其耐候性，以及用各种有机表面活性剂来提高它的湿润性和分散性。

一般的颜料表面处理方法有物理方法和化学方法。化学方法就是在颜料的合成过程中加入适量的添加剂，也可以用合适表面处理剂来处理颜料产品，从而改善颜料的表面性能，提高颜料在润湿性、分散性、易研磨性、抗絮凝性等方面的性能。这种方法比较适合于有机颜料。所谓物理方法就是对颜料施加机械能量，使颜料表面的物理状态发生改变，然后添加其他组分来改善颜料的性能。我们可以看出，化学表面改性方法要在一定的溶剂中进行。大多数溶剂都具有挥发性，不仅仅给安全操作带来大量不可预知的问题，而且经过化学改性的颜料还要经过一系列的工序如：转相、水洗、干燥等，操作流程长、能耗高。物理改性方法只需要在一定的机械装置中，对颜料的干粉施加机械作用，即可达到改性的目的。但是随之而来的是粉尘污染的一个大问题。总的来说颜料表面的物理改性方法是一种有效、方便、节能的方法。

纳米碳酸钙是20世纪80年代发展起来的一种新型超细固体材料。由于纳米碳酸钙粒子的超细化，其晶体结构和表面电子结构发生很大变化，产生了普通碳酸钙所不具备的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在磁性、催化剂、光热阻和熔点等方面与常规材料相比显示出优越的性能，广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨、医药等许多行业。因此，纳米碳酸钙从一出现就表现出产品的广泛适用性和旺盛的市场需求。

在塑料加工过程中添加纳米碳酸钙，不仅可以增加塑料制品的致密性，提高使用强度，而且还可以提高塑料薄膜的透明度、韧性、防水性、抗老化性等性能。在造纸工业中，随着造纸工艺过程中的施胶技术由酸性施胶向中性施胶转变，为纳米碳酸钙的应用提供了一个巨大的潜在市场。碳酸钙用作造纸填料白度高，可大大改善纸张的性能，由于替代了价格较高的高岭土，使造纸厂获得明显的经济效益。纳米碳酸钙用在高级油墨、涂料中具有良好的光泽、透明、稳定、快干等特性。另外，在医药、化妆品等行业纳米碳酸钙也得到广泛应用，从而开辟了更广阔的应用领域。

近几十年来，世界表面处理CaCO₃粉末产品的需求量正在不断增长，国外在CaCO₃粉末表面改性领域开发了许多处理方法，表面处理CaCO₃粉末产品品种也在与日俱增。如英国主要从事涂料专用碳酸钙的研制，其汽车底漆专用表面改性碳酸钙粉末则一直占据整个欧洲市场。美国则着重于碳酸钙在造纸和涂料上的研究。由于表面改性使碳酸钙粉末产品获得许多优异性能，并产生巨大的经济效益和社会效益，故碳酸钙表面改性具有广阔的发展前景。尤其是随着纳米技术发展，纳米CaCO₃在聚合物改性中的应用得到了人们的关注。

此外，有一些研究者，将纳米碳酸钙和TiO₂粉体，直接混合应用在塑料中，结果发现不但代替了部分钛白，降低了成本，并且提高了钛白的遮盖力投射率等相关性能。这主要原因是因为纳米粒子的小尺度、和表面的强相互作用的性质，从而使复合层的性质得到充分改善。

发明内容

本发明的目的是针对现有颜料处理方法中存在的分散性不好、污染严重、处理过程复杂、应用成本高等缺点，提供一种高效的用超重力制备的纳米碳酸钙湿法包覆颜料的处理方法。

本发明是这样实现的：使用超重力制备的纳米碳酸钙，以湿法物理处理包覆颜料，最终复合染料中纳米碳酸钙含量为10％～30％；该方法包括以下步骤：

(1)制备纳米碳酸钙浆料在搅拌釜中制备纳米CaCO₃浆料：

a、取以滤饼质量为基准的1％～5％水放入搅拌釜中，然后将采用超重力制备的纳米CaCO₃经过压滤得到的未加任何试剂的滤饼加到水中，转速为500r/min～700r/min搅拌10min～20min；

b、向搅拌釜中，加入以干基纳米碳酸钙质量为基准的2％～3％分散剂，速度为1000r/min～2500r/min，经过20min～30min得到分散均匀的纳米CaCO₃浆料；

(2)色浆的预制备

取颜料质量的1％～5％的水放入搅拌釜中，然后将颜料加到水中，同时加入2％～3％的分散剂，转速为1000r/min～2500r/min，搅拌时间为40min～50min；

(3)纳米碳酸钙湿法包覆颜料

在搅拌状态下，将制备的纳米CaCO₃浆料缓缓加入到预制备的色浆中，两者在转速为1000r/min～2500r/min的情况下搅拌混合均匀；

(4)纳米碳酸钙复合颜料

将通过步骤(1)至步骤(3)制备的混合色浆，经过干燥、研磨，得到纳米碳酸钙复合颜料。

所述的新型的纳米碳酸钙复合颜料的制备方法，所述的处理方法，是一种物理方法，其通过纳米CaCO₃湿法研磨技术处理颜料，不但克服了干法处理带来的污染等弊端，而且体现了纳米材料的优点，提高了颜料的遮盖力、着色力和反射率等性能指标。

所述的纳米碳酸钙是采用超重力制备，晶形为方解石立方体，粒径为35～40nm，分布均匀，稳定性好；其用量为干基颜料的10％～30％。

所述的分散剂为一种耐高温、分散效率高的，主要成份为丙烯酸钠、丙烯酸钾、丙烯酸铵，一种淡黄色液体，固含量为40±1％，用量为干基纳米碳酸钙质量的5％～6％。

所述的研磨处理技术采用湿法包覆处理，分散速度为700r/min～2500r/min。

与目前一些物理处理颜料的方法相比，本发明具有制备程序简单、污染程度低、操作能耗低、颜料分散性好等优点。该方法是将纳米碳酸钙和颜料粒子通过反应进行表面处理，以颜料粒子为包核基体，用纳米碳酸钙对其进行表面包覆，在湿法超细研磨体系中，通过粒-粒包覆改性方式，实现碳酸钙在颜料表面的反应包覆和改性修饰，制备出了具有纳米材料优异性能的复合颜料，并能减少颜料用量，降低成本，并能提高颜料的相关性能，如对制品的遮盖力和着色力有一定程度的提高，带来一定的经济效益。该专利工艺合理，成本低廉，生产过程对环境无污染，产品应用领域广泛，市场潜力大，竞争力强，具有显著的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明纳米碳酸钙生产工艺流程图。

图2为本发明纳米碳酸钙复合颜料制备工艺流程图。

具体实施方式

利用湿法超细研磨技术，并为了达到较好的包覆及分散效果，本发明应用高速分散研磨机对纳米碳酸钙和颜料进行研磨分散，同时加入一定的水和部分分散剂以提高颜料和纳米碳酸钙的分散效果，其中颜料的固含量为25％～30％，纳米碳酸钙滤饼的固含量为30％～50％，加入的分散剂为碳酸钙干基的5～6％，纳米碳酸钙占最终产品的含量为10～30％。另外，研磨时间为0.5～1h，研磨速度为700r/min～2500r/min。制备的纳米复合颜料在遮盖力、着色力和反射率等方面的性能指标都有一定程度的提高。

实施例1：

利用高速分散研磨机，研磨时间为40min，研磨速度为800r/min，加入碳酸钙滤饼质量为60±0.5g，颜料试样质量为1080g，加入水100ml，进行高速分散研磨，制得纳米复合颜料，其中纳米碳酸钙占最终样品质量的10％。

实施例2：

利用高速分散研磨机，研磨时间为50min，研磨速度为900r/min，加入碳酸钙滤饼质量为80g，颜料试样质量为900g，加入水200ml，进行高速分散研磨，制得纳米复合颜料，其中纳米碳酸钙占最终样品质量的为15％。

实施例3：

利用高速分散研磨机，研磨时间为40min，研磨速度为1000r/min，加入碳酸钙滤饼质量为100g，颜料试样质量为800g，加入水250ml，进行高速分散研磨，制得纳米复合颜料，其中纳米碳酸钙占最终样品质量的20％。

实施例4：

利用高速分散研磨机，研磨时间为50min，研磨速度为1500r/min，加入碳酸钙滤饼质量为100g，颜料试样质量为600g，加入水300ml，进行高速分散研磨，制得纳米复合颜料，其中纳米碳酸钙占最终样品质量的25％。

实施例5：

利用高速分散研磨机，研磨时间为60min，研磨速度为2500r/min，加入碳酸钙滤饼质量为100g，颜料试样质量为460g，加入水300ml，进行高速分散研磨，制得纳米复合颜料，其中纳米碳酸钙占最终样品质量的30％。

Claims

1.一种纳米碳酸钙复合颜料的制备方法，其特征是：使用超重力制备的纳米碳酸钙，以湿法物理处理包覆颜料，最终复合染料中纳米碳酸钙含量为10％～30％；该方法包括以下步骤：

(1)制备纳米碳酸钙浆料在搅拌釜中制备纳米CaCO₃浆料：

b、向搅拌釜中，加入2％～3％的分散剂，速度为1000r/min～2500r/min，经过20min～30min得到分散均匀的纳米CaCO₃浆料；

(2)色浆的预制备

(3)纳米碳酸钙湿法包覆颜料

(4)纳米碳酸钙复合颜料

2.根据专利要求1所述的新型的纳米碳酸钙复合颜料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法，是一种物理方法，其通过纳米CaCO₃湿法研磨技术处理颜料。

3.根据专利要求1所述的新型的纳米碳酸钙复合颜料的制备方法，其特征在于，所述的纳米碳酸钙是采用超重力制备，晶形为方解石立方体，粒径为35～40nm；其用量为干基颜料的10％～30％。

4.根据专利要求1所述的纳米碳酸钙复合颜料的制备方法，其特征在于，所述的分散剂主要成份为丙烯酸钠、丙烯酸钾、丙烯酸铵，用量为干基纳米碳酸钙的5％～6％。

5.根据专利要求1所述的纳米碳酸钙复合颜料的制备方法，其特征在于，所述的研磨处理技术采用湿法包覆处理，分散速度为700r/min～2500r/min。