CN102585557A - 一种农用pe薄膜透明填料纳米碳酸钙的工业制备方法 - Google Patents

一种农用pe薄膜透明填料纳米碳酸钙的工业制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种农用PE薄膜透明填料纳米碳酸钙的工业制备方法，在碳化至pH为6.5～7的纳米碳酸钙液浆料中，搅拌时加入可溶性的偏铝酸钠和水玻璃的混合液，加入量以Al2O3和SiO2的总量计是纳米碳酸钙重量的4～8％；在搅拌时继续通入窑气进行碳化水解，偏铝酸钠和水玻璃在窑气的作用下，水解析出硅铝复合溶胶包覆于纳米碳酸钙的表面形成核壳型结构；将已包覆硅铝复合溶胶的碳酸钙浆料中加入水溶性硅烷偶联剂，加入量是碳酸钙重量的2～5%，进行表面包覆处理0.5～1小时；将包覆后的浆料过滤至含水量小于45%的滤饼，在80～110℃烘干，即得纳米碳酸钙。本发明合成的纳米碳酸钙，在PE薄膜的制造时添加量小，透明度和红外光阻隔性较好。

Description

一种农用PE薄膜透明填料纳米碳酸钙的工业制备方法
技术领域：
本发明涉及碳酸钙的制备方法，尤其涉及农用PE薄膜透明填料纳米碳酸钙的工业制备方法。
背景技术：
在现代农业生产中，为了提高单位面积的产量，大都采用PE薄膜做成地膜或棚膜，主要是提高地面温度，促使农作物得以早发芽、早成熟，寒冷的季节里棚内作物也照样能够生长。对于农用PE薄膜的要求一是透光性好，便于白天太阳光透过棚膜，将能量留在棚内转化成热能，使棚内温度升高；二是在夜晚对红外光阻隔性好，减少棚内热量以辐射形式散失，达到塑料大棚保温的效果。为了实现上述目的，对农用PE薄膜的填料有特殊的要求。
影响PE薄膜的透明性好坏主要取决于无机填料颗粒大小和无机填料与基体折光率的差异。作为填料粒径越小，分散性越好，则意味着填料在PE成核时有较多的结晶中心，晶体的颗粒度就小，则PE的透明性就好。另一个重要因素是PE的折光率与填料的折光率越相近，则PE的透明度也好。一般PE的折光率为1.55左右，而碳酸钙的两个折光率分别为1.658和1.486，由于两者的折光率相差大，即使加入少量的碳酸钙，仍显现出不透明性也是自然的。因此作为农用薄膜用填料碳酸钙，不但要求粒径小，分散性好，更关键的是经表面处理后的碳酸钙与PE树脂有相近的折光率。
在研究各类无机粉体的折光率时发现，二氧化硅的折光率为1.544，氢氧化铝的折光率为1.57，硅胶的折光率为1.4～1.6。提高碳酸钙在PE填料中的透明性，除了控制碳酸钙的粒径大小外，主要是通过碳酸钙表面的修饰，致密包覆硅铝溶胶，并控制一定的硅铝比，就能得到与PE相近的折光率，从而提高填料在PE中的透明性。同时含有硅铝的填料，具有较好的红外光阻隔性，减少夜间棚内热量以辐射形式散失，起到较好的大棚保温的效果。
发明内容：
本发明的目的是一种农用PE薄膜透明填料纳米碳酸钙的工业化制备方法，克服了现有碳酸钙填料在PE薄膜中透明度差，同时对红外光阻隔性差的缺陷。
本发明的技术方案如下：
农用PE薄膜透明填料纳米碳酸钙的工业制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
（1）在碳化至pH为6.5～7的纳米碳酸钙液浆料中，搅拌时加入可溶性的偏铝酸钠和水玻璃的混合液，加入量以Al2O3和SiO2的总量计是纳米碳酸钙重量的4～8％。
（2）在搅拌时继续通入窑气进行碳化水解，偏铝酸钠和水玻璃在窑气的作用下，水解析出硅铝复合溶胶包覆于纳米碳酸钙的表面形成核壳型结构。
（3）将已包覆硅铝复合溶胶的碳酸钙浆料中加入水溶性硅烷偶联剂，加入量是碳酸钙重量的2～5%，进行表面包覆处理0.5～1小时。
（4）将包覆后的浆料过滤至含水量小于45%的滤饼，在80～110℃烘干，即得农用PE薄膜透明功能填料纳米碳酸钙。
所述的方法，其特征在于：所述纳米碳酸钙浆料是指粒径为25～35纳米，重量百分浓度为5～18%。
所述的方法，其特征在于：加入偏铝酸钠和水玻璃的混合液，混合液中铝硅的摩尔比为1∶2～2∶1。
所述的方法，其特征在于：在加入偏铝酸钠和水玻璃混合液的碳酸钙浆料中，通入窑气进行水解反应，温度为20～30℃，当反应液的pH降至7左右，则为反应终点，水解完全，水解时控制窑气的流量，使水解时间为1～2小时。
所述的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述加入水溶性硅烷偶联剂为DN-630偶联剂。
本发明的有益效果：
本发明合成的功能填料纳米碳酸钙，在PE薄膜的制造过程中，添加量相对较小，仍使PE薄膜有较好的透明度和较好的红外光阻隔性。
本发明的产品填充于PE薄膜，做成农用地膜或棚膜，提高地面温度，促使农作物得以早发芽、早成熟，即使在寒冷的季节里棚内作物也照样生长良好。
具体实施方式：
农用PE薄膜透明填料纳米碳酸钙的工业制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
在碳化至pH为6.5～7的纳米碳酸钙液浆料中，搅拌时加入可溶性的偏铝酸钠和水玻璃的混合液，加入量以Al2O3和SiO2的总量计是纳米碳酸钙重量的4～8％。
在搅拌时继续通入窑气进行碳化水解，偏铝酸钠和水玻璃在窑气的作用下，水解析出硅铝复合溶胶包覆于纳米碳酸钙的表面形成核壳型结构。
将已包覆硅铝复合溶胶的碳酸钙浆料中加入水溶性硅烷偶联剂，加入量是碳酸钙重量的2～5%，进行表面包覆处理0.5～1小时。
将包覆后的浆料过滤至含水量小于45%的滤饼，在80～110℃烘干，即得农用PE薄膜透明功能填料纳米碳酸钙。
纳米碳酸钙浆料是指粒径为25～35纳米，重量百分浓度为5～18%。
加入偏铝酸钠和水玻璃的混合液，混合液中铝硅的摩尔比为1∶2～2∶1。
在加入偏铝酸钠和水玻璃混合液的碳酸钙浆料中，通入窑气进行水解反应，温度为20～30℃，当反应液的pH降至7左右，则为反应终点，水解完全，水解时控制窑气的流量，使水解时间为1～2小时。
步骤（3）中，所述加入水溶性硅烷偶联剂为DN-630偶联剂。
为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
在10立方米的反应釜中，加入浓度为8%（重量浓度）粒径在30nm左右的纳米碳酸钙浆料9立方米，在高搅拌下加入液体偏铝酸钠（Al2O3含量为24%）147公斤和水玻璃（SiO2含量为26%）86.4公斤，在搅拌下通入窑气（窑气中CO2气体的体积比含量为28%），窑气流量为50立方米/小时进行碳化，反应液温度为22-26℃，偏铝酸钠和水玻璃在CO2气体的作用下，水解析出硅铝溶胶包覆在纳米碳酸钙的表面形成核壳型结构。碳化反应1小时20分钟，反应液的pH值降为7.0即为反应的终点，水解完全。此时再加入由南京品宁偶联剂有限公司生产的型号为DN-630水溶性硅烷偶联剂20公斤，继续搅拌反应30分钟，最后将浆料过滤，105℃干燥，获得本发明PE薄膜透明填料纳米碳酸钙粉体。采用国家标准（GB/T19588-2004）对该产品进行检测，其平均粒径为30nm，白度92.1，吸油值21，无团聚现象。
该产品作为PE薄膜的填料，在相同配方情况下添加量为10%， PE薄膜（厚度0.12mm）的透光率为91.5%，对7-25μm波长范围的红外光透过率为55%。而纯PE薄膜（厚度0.12mm）的透光率为93.1%，对7-25μm波长范围的红外光透过率为76%。由该填料制造的PE薄膜有较好的透明性和良好的红外光阻隔性。
实施例2
与实施例1相似的方法，纳米碳酸钙浆料重量百分浓度为11%，在高搅拌下加入液体偏铝酸钠42．7公斤和水玻璃100公斤，在搅拌下通入窑气，窑气流量为50立方米/小时进行碳化，反应液的温度为22-28℃，碳化反应1小时15分钟水解完全。再加入DN-630水溶性硅烷偶联剂25公斤，继续搅拌反应30分钟，最后浆料过滤，105℃干燥，获得本发明PE薄膜透明填料用纳米碳酸钙粉体。对该产品进行检测，其平均粒径为30nm，白度92.5，吸油值22.1，无团聚现象。
该产品作为PE薄膜的填料，在相同配方情况下添加量为10%， PE薄膜（厚度0.12mm）的透光率为91.8%，对7-25μm波长范围的红外光透过率为53%。由该填料制造的PE薄膜有较好的透明性和良好的红外光阻隔性。
实施例3
与实施例1相似的方法，纳米碳酸钙浆料重量百分浓度为12%，在高搅拌下加入液体偏铝酸钠150公斤和水玻璃148公斤，在搅拌下通入窑气，窑气流量为70立方米/小时进行碳化，反应液的温度为21-27℃。碳化反应1小时25分钟水解完全。再加入DN-630水溶性硅烷偶联剂35公斤，继续搅拌反应30分钟，最后将浆料过滤，105℃干燥，获得本发明PE薄膜透明填料用纳米碳酸钙粉体。
对该产品进行检测，其平均粒径为30nm，白度91.5，吸油值21.5，无团聚现象。该产品作为PE薄膜的填料，在相同配方情况下添加量为10%，PE薄膜（厚度0.12mm）的透光率为91.1%，对7-25μm波长范围的红外光透过率为51%。由该填料制造的PE薄膜有较好的透明性和良好的红外光阻隔性。
对照例4
与实施例3相似的方法，纳米碳酸钙浆料重量百分浓度为12%，再加入DN-630水溶性硅烷偶联剂35公斤，继续搅拌反应30分钟，最后将浆料过滤，105℃干燥，得纳米碳酸钙粉体。对该产品进行检测，其平均粒径为30nm，白度92.5，吸油值23.5，无团聚现象。
该产品作为PE薄膜的填料，在相同配方情况下添加量为10%， PE薄膜（厚度0.12mm）的透光率为81.1%，对7-25μm波长范围的红外光透过率为70%。由该填料制造的PE薄膜具透明性和红外光阻隔性均较差。
在相同的配方的前提下，纳米碳酸钙添加量均为PE薄膜的总量的10%，下面以制造成品PE薄膜厚度为0.12mm：
实验数据表：
PE薄膜厚度（mm） 纳米碳酸钙重量百分浓度 透光率 7~25um红外光透光率
0.12 未添加 93.1% 76%
0.12 8% 91.5% 55%
0.12 10% 91.8% 53%
0.12 11% 91.1% 51%
0.12 12% 81.1% 70%
上表显示了纳米碳酸钙的添加量相对较小，仍使PE薄膜有较好的透明度和较好的红外光阻隔性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种农用PE薄膜透明填料纳米碳酸钙的工业制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
（1）在碳化至pH为6.5～7的纳米碳酸钙液浆料中，搅拌时加入可溶性的偏铝酸钠和水玻璃的混合液，加入量以Al2O3和SiO2的总量计是纳米碳酸钙重量的4～8％；
（2）在搅拌时继续通入窑气进行碳化水解，偏铝酸钠和水玻璃在窑气的作用下，水解析出硅铝复合溶胶包覆于纳米碳酸钙的表面形成核壳型结构；
（3）将已包覆硅铝复合溶胶的碳酸钙浆料中加入水溶性硅烷偶联剂，加入量是碳酸钙重量的2～5%，进行表面包覆处理0.5～1小时；
（4）将包覆后的浆料过滤至含水量小于45%的滤饼，在80～110℃烘干，即得农用PE薄膜透明功能填料纳米碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述纳米碳酸钙浆料是指粒径为25～35纳米，重量百分浓度为5～18%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：加入偏铝酸钠和水玻璃的混合液，混合液中铝硅的摩尔比为1∶2～2∶1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在加入偏铝酸钠和水玻璃混合液的碳酸钙浆料中，通入窑气进行水解反应，温度为20～30℃，当反应液的pH降至7左右，则为反应终点，水解完全，水解时控制窑气的流量，使水解时间为1～2小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述加入水溶性硅烷偶联剂为DN-630偶联剂。
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