CN106082295A - 一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙及其制备方法 - Google Patents

一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙及其制备方法，该方法首先通过聚合物辅助液相剥离法制备羧基改性单层叶腊石纳米片，然后在表面活性剂存在下将碳酸钙粗粉研磨至5‑10微米细粉后，加入羧基改性单层叶腊石纳米片分散液配成固含量70‑80%的浆料，湿法搅拌研磨获得粒径为0.1‑1微米的改性重质碳酸钙。本发明具有设计科学合理、操作过程简单、生产成本低廉和易于规模化生产的优点，而且本发明可以降低颗粒的团聚和重叠、增强颗粒的粉体流动性和改善颗粒在高分子基体中的分散性，对提高高分子基材的综合性能和拓展重质碳酸钙的应用领域具有重大意义。

Description

一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙及其制备方法,属碳酸钙粉体技术领域。
背景技术
重质碳酸钙是一种重要的无机化工产品，它的工业产品是由天然碳酸盐矿物如方解石、大理石、石灰石磨碎而成。它是常用的粉状无机填料，具有化学纯度高、热稳定性好、吸油率低和硬度低磨耗等优点。碳酸钙已经广泛应用于造纸、塑料、化纤、橡胶、胶粘剂、密封剂、化妆品、建材、涂料、医药、食品和饲料等各个领域，其作用有：增加产品体积、降低生产成本、改善加工性能(如调节粘度、流变性能、硫化性能)、提高尺寸稳定性和提高物理性能(如力学性能、耐热性、消光性、耐磨性、阻燃性、白度、光泽度)等。但是，超细重质碳酸钙由于颗粒力度小、表面积大、表面能高，极易产生自发凝聚并表现出强烈的团聚特性，不论在空气中还是在液相介质中均容易团聚成粒径较大的二次颗粒，从而弱化或丧失自身优异的物理化学性能。如何确保超细重质碳酸钙在制备、储存及随后的加工过程中分散而不团聚，以及碳酸钙颗粒在复合材料中充分分散成为限制超微技术和复合技术应用过程中的技术关键。
叶腊石是黏土矿物的一种，属结晶结构为2:1型的层状含水铝硅酸盐矿物引,它是一种柔软的硅酸盐矿物，化学成分为Al2(Si4O10)(0H)2，单斜晶系，通常成致密块状、片状或放射状集合体。叶腊石被广泛的用于耐火材料、陶瓷材料、雕刻原料以及橡胶制品、化妆用品、农药等的填料和载体。叶蜡石的新用途是作涂料，也是制作壁板的良好原材料，还可用来制白水泥。重要的是， 叶腊石可以通过简单的液相剥离法、超声辅助剥离法或锂离子插层剥离法制备出稳定的单层或少层的叶腊石分散液，这为叶腊石纳米片应用于碳酸钙复合无机粉体奠定了重要基础。
尽管重质碳酸钙具有优异的综合物理化学性能，并广泛应用于国民生产生活的各个方面，但比表面积大、表面能高、粉体极易团聚，严重影响了其自身优异的性能和产品应用效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有重质碳酸钙存在的问题，提供一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙及其制备方法。
本发明的技术方案是，本发明首先通过聚合物辅助液相剥离法制备羧基改性单层叶腊石纳米片，然后在表面活性剂存在下将碳酸钙粗粉研磨至5-10微米细粉后，加入羧基改性单层叶腊石纳米片分散液配成固含量70-80％的浆料，湿法搅拌研磨获得粒径为0.1-10微米的改性重质碳酸钙。
一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙，由单层叶腊石纳米片和重质碳酸钙颗粒组成，其中，所述单层叶腊石纳米片通过聚合物辅助液相剥离法制得，所述重质碳酸钙颗粒和单层叶腊石纳米片通过吸附和氢键作用连接。
所述叶腊石纳米片厚度为0.3-50纳米，其尺寸为0.5-2微米，所述重质碳酸钙颗粒的直径为0.1-10微米，其形状为类球形或无规则多面体状，所述叶腊石与重质碳酸钙的质量比为1:10-1:1000。
所述一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)单层叶腊石纳米片的制备
将叶腊石粉末加入自来水中，超声振荡0.5-12h，加入与叶腊石纳米片成比 例计量的羧基改性剂，机械搅拌或超声振荡1-4h，用氮气鼓泡法将其搅拌均匀后升温至60℃，逐渐滴加碱性调节剂调节反应体系pH值为7-12，反应0.5-2h后加热至90℃，继续反应1-4h，其反应产物用自来水水洗三次，离心分离，置于真空干燥箱中干燥24h，得到单层叶腊石纳米片；
(2)单层叶腊石改性重质碳酸钙的制备
将直径小于5厘米的碳酸钙粗料送入湿法研磨机中，加入与重质碳酸钙成比例计量的表面活性剂在85-95℃下研磨至20-50微米后，加水配成固含量70-80％的浆料，加入与重质碳酸钙成比例计量的羧基改性单层叶腊石纳米片，在湿法搅拌磨削机研磨1-12h，将碳酸钙浆料脱水至含水量不大于0.3％，粒径为0.1-10微米的超细改性重质碳酸钙粉体。
所述步骤(1)中所使用的羧基改性剂为海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚羧酸钠、聚丙烯酸钠、甲基磺酸钠、木质素磺酸钠、三氟甲基亚磺酸钠、4-氨基偶氮苯-4磺酸、1-氨基-2-萘酚-4-磺酸、2-萘胺-1-磺酸中的一种或多种，所述羧基改性剂与重质碳酸钙的质量比为1:5-1:1000。
所述步骤(2)中所使用的表面活性剂为脂肪酸钾皂、磺基琥珀酸单酯二钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、椰油酸二乙醇酰胺、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、单月桂基磷酸酯、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵中的一种或多种，所述表面活性剂与重质碳酸钙的质量比为1:4-1:2000。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明具有设计科学合理、操作过程简单、生产成本低廉和易于规模化生产的优点，而且本发明可以降低颗粒的团聚和重叠、增强颗粒的粉体流动性和改善颗粒在高分子基体中的分散性，从而提高高分子基材的综合性能和拓展重质碳酸钙的应用领域。
附图说明
图1为本发明单层叶腊石改性超细重质碳酸钙的生产技术路线图；
图2为实施例1制备的单层叶腊石改性超细重质碳酸钙的扫描电镜照片；
图3为实施例2制备的单层叶腊石改性超细重质碳酸钙的扫描电镜照片；
图4为实施例3制备的单层叶腊石改性超细重质碳酸钙的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)单层叶腊石纳米片的制备
将叶腊石粉末加入自来水中，超声振荡0.5-12h，加入与叶腊石纳米片成比例计量的羧基改性剂，机械搅拌或超声振荡1-4h，用氮气鼓泡法将其搅拌均匀后升温至60℃，逐渐滴加1.5M的氢氧化钠溶液调节反应体系pH值为7-12，反应0.5-2h后加热至90℃，继续反应1-4h，其反应产物用自来水水洗三次，离心分离，置于真空干燥箱中干燥24h，得到单层叶腊石纳米片；所使用的羧基改性剂为海藻酸钠，所述海藻酸钠与重质碳酸钙的质量比为1:5。
(2)单层叶腊石改性重质碳酸钙的制备
将直径小于5厘米的碳酸钙粗料送入研磨机中，加入与重质碳酸钙成比例计量的表面活性剂在85-95℃下研磨至20-50微米后，加水配成固含量70-80％的浆料，加入与重质碳酸钙成比例计量的羧基改性单层叶腊石纳米片，在湿法搅拌磨削机研磨1-12h，将碳酸钙浆料脱水至含水量不大于0.3％，粒径为0.1-10 微米的超细改性重质碳酸钙粉体；所述叶腊石与重质碳酸钙的质量比为1:10，所使用的表面活性剂为脂肪酸钾皂，所述脂肪酸钾皂与重质碳酸钙的质量比为1:4。
表1实施例1制备的单层叶腊石改性超细重质碳酸钙的技术指标
注：白度、吸油量、pH值、假比重、烧失量和水分，分别测试三次
实施例2
(1)单层叶腊石纳米片的制备
将叶腊石粉末加入自来水中，超声振荡0.5-12h，加入与叶腊石纳米片成比例计量的羧基改性剂，机械搅拌或超声振荡1-4h，用氮气鼓泡法将其搅拌均匀后升温至60℃，逐渐滴加1.5M的氢氧化钠溶液调节反应体系pH值为7-12，反应0.5-2h后加热至90℃，继续反应1-4h，其反应产物用自来水水洗三次，离心分离，置于真空干燥箱中干燥24h，得到单层叶腊石纳米片；所使用的羧基改性剂为羧甲基纤维素钠，所述羧甲基纤维素钠与重质碳酸钙的质量比为1:200。
(2)单层叶腊石改性重质碳酸钙的制备
将直径小于5厘米的碳酸钙粗料送入研磨机中，加入与重质碳酸钙成比例计量的表面活性剂在85-95℃下研磨至20-50微米后，加水配成固含量70-80％的浆料，加入与重质碳酸钙成比例计量的羧基改性单层叶腊石纳米片，在湿法搅拌磨削机研磨1-12h，将碳酸钙浆料脱水至含水量不大于0.3％，粒径为0.1-10微米的超细改性重质碳酸钙粉体；所述叶腊石与重质碳酸钙的质量比为1:200，所使用的表面活性剂为磺基琥珀酸单酯二钠，所述磺基琥珀酸单酯二钠与重质 碳酸钙的质量比为1:500。
表2案例二制备的单层叶腊石改性超细重质碳酸钙的技术指标
注：白度、吸油量、pH值、假比重、烧失量和水分，分别测试三次
实施例3
(1)单层叶腊石纳米片的制备
将叶腊石粉末加入自来水中，超声振荡0.5-12h，加入与叶腊石纳米片成比例计量的羧基改性剂，机械搅拌或超声振荡1-4h，用氮气鼓泡法将其搅拌均匀后升温至60℃，逐渐滴加1.5M的氢氧化钠溶液调节反应体系pH值为7-12，反应0.5-2h后加热至90℃，继续反应1-4h，其反应产物用自来水水洗三次，离心分离，置于真空干燥箱中干燥24h，得到单层叶腊石纳米片；所使用的羧基改性剂为聚丙烯酰胺，所述聚丙烯酰胺与重质碳酸钙的质量比为1:1000。
(2)单层叶腊石改性重质碳酸钙的制备
将直径小于5厘米的碳酸钙粗料送入研磨机中，加入与重质碳酸钙成比例计量的表面活性剂在85-95℃下研磨至20-50微米后，加水配成固含量70-80％的浆料，加入与重质碳酸钙成比例计量的羧基改性单层叶腊石纳米片，在湿法搅拌磨削机研磨1-12h，将碳酸钙浆料脱水至含水量不大于0.3％，粒径为0.1-10微米的超细改性重质碳酸钙粉体；所述叶腊石与重质碳酸钙的质量比为1:1000，所使用的表面活性剂为月桂基磺化琥珀酸单酯二钠，所述月桂基磺化琥珀酸单酯二钠与重质碳酸钙的质量比为1:2000。
表3案例三制备的单层叶腊石改性超细重质碳酸钙的技术指标
注：白度、吸油量、pH值、假比重、烧失量和水分，分别测试三次。

Claims (5)

1.一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙，其特征在于，所述改性超细重质碳酸钙由单层叶腊石纳米片和重质碳酸钙颗粒组成；所述单层叶腊石纳米片通过聚合物辅助液相剥离法制得；所述重质碳酸钙颗粒和单层叶腊石纳米片通过吸附和氢键作用连接。
2.根据权利要求1所述一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙，其特征在于，所述叶腊石纳米片厚度为0.3-50nm，其尺寸为0.5-2μm；所述重质碳酸钙颗粒的直径为0.1-10um，其形状为类球形或无规则多面体状；所述叶腊石与重质碳酸钙的质量比为1:10-1:1000。
3.一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）单层叶腊石纳米片的制备
将叶腊石粉末加入自来水中，超声振荡0.5-12h，加入与叶腊石纳米片成比例计量的羧基改性剂，机械搅拌或超声振荡1-4h，用氮气鼓泡法将其搅拌均匀后升温至60oC，逐渐滴加碱性调节剂调节反应体系pH值为7-12，反应0.5-2h后加热至90oC，继续反应1-4h，其反应产物用自来水水洗三次，离心分离，置于真空干燥箱中干燥24h，得到单层叶腊石纳米片；
（2）单层叶腊石改性超细重质碳酸钙的制备
将直径小于5cm的碳酸钙粗料送入研磨机中，加入与重质碳酸钙成比例计量的表面活性剂在85-95oC下研磨至20-50微米后，加水配成固含量70-80%的浆料，加入与重质碳酸钙成比例计量的羧基改性单层叶腊石纳米片，在湿法搅拌磨削机研磨1-12h，将碳酸钙浆料脱水至含水量不大于0.3%，粒径为0.1-10微米的改性超细重质碳酸钙粉体。
4.根据权利要求3所述一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述羧基改性剂为海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚羧酸钠、聚丙烯酸钠、甲基磺酸钠、木质素磺酸钠、三氟甲基亚磺酸钠、4-氨基偶氮苯-4磺酸、1-氨基-2-萘酚-4-磺酸、2-萘胺-1-磺酸中的一种或多种；所述羧基改性剂与重质碳酸钙的质量比为1:5-1:1000。
5.根据权利要求3所述的一种单层叶腊石改性超细重质碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为脂肪酸钾皂、磺基琥珀酸单酯二钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、椰油酸二乙醇酰胺、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、单月桂基磷酸酯、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵中的一种或多种；所述表面活性剂与重质碳酸钙的质量比为1:4-1:2000。
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