CN104292887B - 一种高分散性纳米碳酸钙的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分散性纳米碳酸钙的制备方法，先将纳米碳酸钙粉碎，然后纳米碳酸钙进行筛分；最后将纳米碳酸钙粒子用外加热的无重力混合机边加热边混合，当无重力混合机中的纳米碳酸钙粒子的温度为130～140℃时，加入活性助剂继续边加热边混合，直至无重力混合机中的纳米碳酸钙粒子的温度为150～170℃时，停止加热，继续混合4～6分钟后停止混合，经出料、冷却、过筛即获得高分散性纳米碳酸钙。本发明的高分散性纳米碳酸钙的活性度高达99％以上，由于活性度高，分散性好，用于制品中填充量大，强度高，表面光洁度好，混炼吃粉容易，其填充量可达30％以上，不仅使制品的成本下降，而且制品强度有也较大的提高。

Description

一种高分散性纳米碳酸钙的制备方法

技术领域

本发明的实施方式涉及化工材料制备领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种高分散性纳米碳酸钙的制备方法。

背景技术

纳米碳酸钙由于粒径小，比表面积大，表面活性高等特点，是橡胶、塑料、涂料、造纸、油漆、油墨、日用化工等领域的高档功能性无机填料。

纳米碳酸钙是氢氧化钙和二氧化碳在碳化塔中化合反应在一定的温度和一定的晶型控制剂的作用下，生成微细的纳米碳酸钙粒子，由于粒径小，表面分子能较大，容易产生二次团聚，形成较大的颗粒团，这些颗粒团在制品的填充过程中很难分散，为了解决这个问题，通常是采用纳米碳酸钙在未脱水干燥前加入3-5％的表面处理剂如脂肪酸的金属盐或水溶性偶联剂进行界面包覆处理，使粒子相互间隔离，这样既解决了团聚问题，又降低了表面的分子能。

上述工艺虽然表面上是解决了团聚和降低了表面分子能，但是经实际应用和研究，结果表明仍存在很大的缺陷。造成长期以来一直影响了纳米碳酸钙在制品中的填加量和物理性能。究其原因如下：

1、纳米碳酸钙在碳化过程中，本身有一部分粒子形成假性团聚，而加入表面活性助剂进行活化处理时这部分假性团聚体颗粒呈现团粒包覆。

2、纳米碳酸钙表面活化处理时是在浆液情况下进行的，由于目前的混合包覆处理设备无法做到均匀混合，因此出现处理剂同纳米粒子包覆不均，有些粒子包覆过剩，有些粒子包覆不足。

3、纳米碳酸钙比表面积较大，目前处理剂的填加量是按碳酸钙含量的3-5％加入的，实际上是远不足的。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种高分散性纳米碳酸钙的制备方法的实施方式，以二次包覆的方法解决现有技术中存在的问题，尤其是纳米碳酸钙难以分散的问题。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种高分散性纳米碳酸钙的制备方法，包括以下步骤：

首先，将纳米碳酸钙粒子粉碎，使假性团聚颗粒解聚，纳米碳酸钙粒子恢复原始粒径；

然后，将粉碎后的纳米碳酸钙粒子进行筛分，收集粒径≤1000nm的纳米碳酸钙粒子，去除剩余未解聚的大颗粒；

最后，将筛分后的纳米碳酸钙粒子用外加热的无重力混合机边加热边混合，当无重力混合机中的纳米碳酸钙粒子的温度为130～140℃时，加入活性助剂继续边加热边混合，直至无重力混合机中的纳米碳酸钙粒子的温度为150～170℃时，停止加热，继续混合4～6分钟后停止混合，经出料、冷却、过筛，即获得高分散性纳米碳酸钙。

纳米碳酸钙在生产过程中，由于粒径小，表面分子能较大，加之反应过程中粒子间的碰撞，使部分粒子产生假性团聚，又由于目前使用的混合设备尚无法将团聚粒子打开，同时又使活性助剂同粉粒体无法做到充分均匀混合，所以就造成了部分粒子团的包覆，还有部分粒子包覆过剩，又形成了再次假性团聚，使原有粒子变得更大，同时又有部分粒子包覆不足，这就造成纳米粒子在制品中相容性差，分散困难，混炼时难“吃粉”，延长捏合时间。即使充分混合，纳米碳酸钙粒子未打开的假性团聚颗粒也无法充分分散于制品中，包覆不足的纳米粒子由于表面缺失活性基因造成相容性差，而导致制品的物理性能下降。

本发明首先将纳米碳酸钙用粉粹机进行粉碎，使假性团聚颗粒得到解聚，再进行分级去除剩余未解聚的大颗粒，然后选用无重力混合机进行二次包覆处理，在低转速混合的情况下，将物料加温到130～140℃时，加入相当于纳米碳酸钙重量的1-2％表面活性处理助剂，如钛酸脂偶联剂、椰子油等活性助剂，继续边加温边混合，当物料温度达到150～170℃时延长混合时间4～6分钟即可出料冷却、过筛、包装。

无重力混合机采用外夹套加热方式，将热量传导至粉体，而并非向高速捏合机靠高速摩擦生热，当无重力混合机中物料温度达到130度以上时，纳米碳酸钙表面的水分已经完全蒸发了。此时加入活性助剂，活性助剂粘度迅速降低，粘附在粉体表面，由于高温下的混合，活性助剂靠粉体粒子间相互滚涂，均匀的涂覆在粒子表面，当温度升至150度时，助剂同纳米碳酸钙粒子产生化学反应生成钙的有机化合物。而紧紧锚固在碳酸钙表面，形成亲油基团，此时的粉体流动性，分散性极好。

根据本发明的一个实施方式，所述粉碎纳米碳酸钙的设备为万能高速粉碎机，转速为2000r/min。

根据本发明的另一个实施方式，所述粉碎纳米碳酸钙的设备为超微粉碎机。

根据本发明的另一个实施方式，所述粉碎纳米碳酸钙的设备为流态化床式气流粉碎机。

采用上述设备对纳米碳酸钙进行粉碎能最大限度还原纳米钙粒子本身粒径。

根据本发明的一个实施方式，所述筛分是指采用筛网对纳米碳酸钙粒子中未解聚的颗粒进行逐级筛除，至少采用三级筛网，例如，根据对产品的要求，分别采用2500目、3250目和12500目的筛网依次筛分纳米碳酸钙粒子，最终通过12500目筛网的纳米碳酸钙粒子保留下来，其它大颗粒的粒子都被筛除。

采用分级处理的目的是去除剩余未解聚的大颗粒，去除剩余未解聚大颗粒的纳米碳酸钙使纳米钙粒子在二次包覆过程中更均匀稳定，提升包覆效果。

根据本发明的一个实施方式，所述无重力混合机采用190～200转/分的低转速。

优选的，无重力混合机采用196转/分，196转/分属于低转速，而无重力混合机低速运转混合的效果可达到90％以上，而无重力混合机高速运转混合的效果仅只有60％～70％。

根据本发明的一个实施方式，所述活性助剂为钛酸脂偶联剂。

根据本发明的另一个实施方式，所述活性助剂为椰子油。

根据本发明的另一个实施方式，所述活性助剂为硬脂酸。

根据本发明的另一个实施方式，所述活性助剂为铝酸酯偶联剂。

这些助剂与现有技术中使用的活性助剂的不同点在于其热熔点低，其优势是包覆过程中能更好的与粉体结合形成油膜。

根据本发明的一个实施方式，所述活性助剂的重量为纳米碳酸钙离子重量的1％～2％。采用重量＜1％的活性助剂的缺点是包覆活性低效果差，在99％以下，采用重量＞2％的活性助剂的缺点是局部粉体粘度增大，混合机负荷不稳定，混合效果差，造成助剂浪费。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：普通纳米碳酸钙其活性度只有80-85％，其在制品中的填充量一般只能在5-15％，如填充量进一步提高的话，其制品的强度会明显下降；而本发明的高分散性纳米碳酸钙的活性度高达99％以上，由于活性度高，分散性好，用于制品中填充量大，强度高，表面光洁度好，混炼吃粉容易，其填充量可达30％以上，不仅使制品的成本下降，而且制品强度有也较大的提高。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

取100kg纳米碳酸钙，用万能高速粉碎机(2000r/min)粉碎10min时间使其中的大颗粒解聚，然后以筛粉机和逐级筛除操作方法进行分级处理(即多次筛分)，去除纳米碳酸钙中未解聚的大颗粒，保留粒径≤1000nm的颗粒，接着将分级处理后得到的纳米碳酸钙置于无重力混合机中以196转/分的低转速混合，同时使用外夹套加热，当温度升至130℃时，向纳米碳酸钙中加入1kg椰子油，继续边加热边混合，当温度升至150℃时，停止加热，继续混合5分钟，然后出料冷却，过筛，取样进行活性度测试，本实施例所得高分散性纳米碳酸钙的活性度高达99.9％。

实施例2

取200kg纳米碳酸钙，用超微粉碎机(2000r/min)粉碎15min时间使其中的大颗粒解聚，然后以筛粉机和逐级筛除操作方法进行分级处理，去除纳米碳酸钙中未解聚的大颗粒，，保留粒径≤1000nm的颗粒，接着将分级处理后得到的纳米碳酸钙置于无重力混合机中以200转/分的低转速混合，同时使用外夹套加热，当温度升至140℃时，向纳米碳酸钙中加入3kg钛酸脂偶联剂，继续边加热边混合，当温度升至160℃时，停止加热，继续混合6分钟，然后出料冷却，过筛，取样进行活性度测试，本实施例所得高分散性纳米碳酸钙的活性度高达99.8％。

实施例3

取100kg纳米碳酸钙，用流态化床式气流粉碎机(2000r/min)粉碎12min使其中的大颗粒解聚，然后以筛粉机和逐级筛除操作方法进行分级处理，去除纳米碳酸钙中未解聚的大颗粒，，保留粒径≤1000nm的颗粒，接着将分级处理后得到的纳米碳酸钙置于无重力混合机中以190转/分的低转速混合，同时使用外夹套加热，当温度升至135℃时，向纳米碳酸钙中加入2kg硬脂酸，继续边加热边混合，当温度升至170℃时，停止加热，继续混合4分钟，然后出料冷却，过筛，取样进行活性度测试，本实施例所得高分散性纳米碳酸钙的活性度高达99.7％。

实施例4

取100kg纳米碳酸钙，用万能高速粉碎机(2000r/min)粉碎10min时间使其中的大颗粒解聚，然后以筛粉机和逐级筛除操作方法进行分级处理，去除纳米碳酸钙中未解聚的大颗粒，，保留粒径≤1000nm的颗粒，接着将分级处理后得到的纳米碳酸钙置于无重力混合机中以196转/分的低转速混合，同时使用外夹套加热，当温度升至132℃时，向纳米碳酸钙中加入1kg铝酸酯偶联剂，继续边加热边混合，当温度升至165℃时，停止加热，继续混合5分钟，然后出料冷却，过筛，取样进行活性度测试，本实施例所得高分散性纳米碳酸钙的活性度高达99.8％。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (5)

1.一种高分散性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

首先，将纳米碳酸钙粒子采用万能高速粉碎机、超微粉碎机或流态化床式气流粉碎机在转速2000r/min条件下粉碎10～15分钟，使假性团聚颗粒解聚，纳米碳酸钙粒子恢复原始粒径；

然后，将粉碎后的纳米碳酸钙粒子进行筛分，收集粒径≤1000nm的纳米碳酸钙粒子；

最后，将筛分后的纳米碳酸钙粒子用外加热的无重力混合机边加热边混合，当无重力混合机中的纳米碳酸钙粒子的温度为130～140℃时，加入活性助剂继续边加热边混合，直至无重力混合机中的纳米碳酸钙粒子的温度为150～170℃时，停止加热，继续混合4～6分钟后停止混合，经出料、冷却、过筛，即获得高分散性纳米碳酸钙。

2.根据权利要求1所述的高分散性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于所述筛分是指采用筛网对纳米碳酸钙粒子中未解聚的颗粒进行逐级筛除。

3.根据权利要求1所述的高分散性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于所述无重力混合机采用190～200转/分的低转速。

4.根据权利要求1所述的高分散性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于所述活性助剂为钛酸脂偶联剂、椰子油、硬脂酸或铝酸酯偶联剂。

5.根据权利要求4所述的高分散性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于所述活性助剂的重量为纳米碳酸钙离子重量的1％～2％。