CN107674242A - 一种橡胶专用改性纳米碳酸钙的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化工材料制备技术领域，具体涉及一种橡胶专用改性纳米碳酸钙的制备方法,通过氢氧化钙和二氧化碳反应得到粗制的纳米碳酸钙，通过粉碎机将粗制的纳米碳酸钙粒子粉碎，并进行筛选得到精制的纳米碳酸钙，在精制的纳米碳酸钙中加入交联剂和硬脂酸，并通过辐照，使得纳米碳酸钙分子之间通过化学键连接形成网状结构，增强纳米碳酸钙分子之间的束缚力，进而发挥出纳米碳酸钙在橡胶应用中的作用，增强橡胶的强度和韧性。

Description

一种橡胶专用改性纳米碳酸钙的制备方法
【技术领域】
本发明涉及化工材料制备技术领域，具体涉及一种橡胶专用改性纳米碳酸钙的制备方法。
【背景技术】
碳酸钙是一种重要的无机化工产品，作为填充剂，被广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨、医药等领域。纳米碳酸钙是工业碳酸钙中极为重要的一种，其主要特点是粒径小、比表面积大，性能远远优于微米级碳酸钙，在高分子材料填充应用中，往往体现出显著的补强、增韧效果。目前填充纳米碳酸钙的橡胶制品主要有轮胎、胶鞋、胶管和胶带、电线电缆及橡胶密封制品等。对于橡胶来说，纳米碳酸钙是仅次于炭黑、白炭黑的第三大补强填充剂。由于纳米碳酸钙粒径较小，表面能大，在干燥和应用过程中都容易出现硬团聚，这种硬团聚在橡胶加工过程中不易被解聚，形成应力集中点，降低制品力学强度，还会影响制品外观。解决硬团聚问题的主要手段是通常通过增加表面处理剂对纳米碳酸钙进行有机化表面处理，但是单纯的增加表面处理剂进行表面处理虽然可以有效改善粉体分散性，但得到的改性纳米碳酸钙与橡胶体系间作用力较弱，补强、增韧效果不明显。
【发明内容】
本发明的目的在于：针对上述问题，提供一种橡胶专用改性纳米碳酸钙的制备方法，解决现有改性纳米碳酸钙对橡胶的补强、增韧效果不明显的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种橡胶专用改性纳米碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：
a)用煅烧设备将精制石灰石制成氧化钙，并将制成的氧化钙投入反应釜中，在反应釜中加入水制成重量百分比为10％-15％的氢氧化钙悬浮液；
b)将制备的氢氧化钙悬浮液放入高压反应釜中，然后持续往高压反应釜通入二氧化碳，制得纳米碳酸钙浆料；
c)将纳米碳酸钙浆料过滤得到粗制的纳米碳酸钙，用粉碎机将粗制的纳米碳酸钙粒子粉碎，并对粉碎后的纳米碳酸钙粒子进行筛分，收集粒径≤400nm的纳米碳酸钙粒子，得到精制的纳米碳酸钙；
d)往精制的纳米碳酸钙中加入质量比为0.5％-1.5％的交联剂和质量比为2％-5％的硬脂酸，并对纳米碳酸钙进行辐照2-5小时，在辐照的同时对纳米碳酸钙、交联剂和硬脂酸搅拌混合；
e)将步骤d)中得到的纳米碳酸钙置于真空干燥器中干燥8-10h，最终得到改性纳米碳酸钙。
进一步地，所述石灰石煅烧温度为1050-1090℃。
进一步地，所述氢氧化钙悬浮液在高压反应釜中与二氧化碳反应过程中，边反应边搅拌混合。
进一步地，所述交联剂为三烯丙基异氰尿酸酯。
进一步地，其特征在于，所述氢氧化钙悬浮液与二氧化碳的反应温度控制在50-90℃。
进一步地，所述氢氧化钙悬浮液与二氧化碳的反应气压控制在0.5-1MPa。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明通过辐照提高纳米碳酸钙分子的表面活性，由于纳米碳酸钙表面有狐对电子，处于热力学不稳定状态，极易与大气中的水分产生化学吸附而使粒子表面含有大量的羟基，辐照下容易产生自由基，并引发单体在其表面自由聚合，在填料表面形成一层有机膜或聚合物膜，从而改善填料的表面性质及与高分子材料的相容性，本发明的纳米碳酸钙还添加了交联剂，交联剂使得纳米碳酸钙分子之间通过化学键连接形成网状结构，增强纳米碳酸钙分子之间的束缚力，进而发挥出纳米碳酸钙在橡胶应用中的作用，增强橡胶的强度和韧性。
【具体实施方式】
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
实施例1：
一种橡胶专用改性纳米碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：
a)用煅烧设备将精制石灰石制成氧化钙，煅烧温度为1050℃，并将制成的氧化钙投入反应釜中，在反应釜中加入水制成重量百分比为10％的氢氧化钙悬浮液；
b)将制备的氢氧化钙悬浮液放入高压反应釜中，然后持续往高压反应釜通入二氧化碳，温度控制在50℃，气压控制在0.5MPa，边反应边搅拌混合，制得纳米碳酸钙浆料；
c)将纳米碳酸钙浆料过滤得到粗制的纳米碳酸钙，用粉碎机将粗制的纳米碳酸钙粒子粉碎，并对粉碎后的纳米碳酸钙粒子进行筛分，收集粒径200nm的纳米碳酸钙粒子，得到精制的纳米碳酸钙；
d)往精制的纳米碳酸钙中加入质量比为0.5％的三烯丙基异氰尿酸酯和质量比为2％的硬脂酸，并对纳米碳酸钙进行辐照2小时，在辐照的同时对纳米碳酸钙、三烯丙基异氰尿酸酯和硬脂酸搅拌混合；
e)将步骤d)中得到的纳米碳酸钙置于真空干燥器中干燥8h，最终得到改性纳米碳酸钙。
实施例2：
一种橡胶专用改性纳米碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：
a)用煅烧设备将精制石灰石制成氧化钙，煅烧温度为1090℃，并将制成的氧化钙投入反应釜中，在反应釜中加入水制成重量百分比为15％的氢氧化钙悬浮液；
b)将制备的氢氧化钙悬浮液放入高压反应釜中，然后持续往高压反应釜通入二氧化碳，温度控制在90℃，气压控制在1MPa，边反应边搅拌混合，制得纳米碳酸钙浆料；
c)将纳米碳酸钙浆料过滤得到粗制的纳米碳酸钙，用粉碎机将粗制的纳米碳酸钙粒子粉碎，并对粉碎后的纳米碳酸钙粒子进行筛分，收集粒径400nm的纳米碳酸钙粒子，得到精制的纳米碳酸钙；
d)往精制的纳米碳酸钙中加入质量比为1.5％的三烯丙基异氰尿酸酯和质量比为5％的硬脂酸，并对纳米碳酸钙进行辐照5小时，在辐照的同时对纳米碳酸钙、三烯丙基异氰尿酸酯和硬脂酸搅拌混合；
e)将步骤d)中得到的纳米碳酸钙置于真空干燥器中干燥10h，最终得到改性纳米碳酸钙。
实施例3：
一种橡胶专用改性纳米碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：
a)用煅烧设备将精制石灰石制成氧化钙，煅烧温度为1070℃，并将制成的氧化钙投入反应釜中，在反应釜中加入水制成重量百分比为13％的氢氧化钙悬浮液；
b)将制备的氢氧化钙悬浮液放入高压反应釜中，然后持续往高压反应釜通入二氧化碳，温度控制在75℃，气压控制在0.8MPa，边反应边搅拌混合，制得纳米碳酸钙浆料；
c)将纳米碳酸钙浆料过滤得到粗制的纳米碳酸钙，用粉碎机将粗制的纳米碳酸钙粒子粉碎，并对粉碎后的纳米碳酸钙粒子进行筛分，收集粒径300nm的纳米碳酸钙粒子，得到精制的纳米碳酸钙；
d)往精制的纳米碳酸钙中加入质量比为1％的三烯丙基异氰尿酸酯和质量比为4％的硬脂酸，并对纳米碳酸钙进行辐照4小时，在辐照的同时对纳米碳酸钙、三烯丙基异氰尿酸酯和硬脂酸搅拌混合；
e)将步骤d)中得到的纳米碳酸钙置于真空干燥器中干燥9h，最终得到改性纳米碳酸钙。
实验结果分析：发明人对本发明的改性纳米碳酸钙对NR橡胶料的拉伸强度、拉伸伸长率和拉断永久变形率进行了验证，验证结果表面本发明的改性纳米碳酸钙对NR橡胶料的强度和韧性有显著的增强效果，验证结果见表1。
表1实验结果表
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (6)

1.一种橡胶专用改性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)用煅烧设备将精制石灰石制成氧化钙，并将制成的氧化钙投入反应釜中，在反应釜中加入水制成重量百分比为10％-15％的氢氧化钙悬浮液；
b)将制备的氢氧化钙悬浮液放入高压反应釜中，然后持续往高压反应釜通入二氧化碳，制得纳米碳酸钙浆料；
c)将纳米碳酸钙浆料过滤得到粗制的纳米碳酸钙，用粉碎机将粗制的纳米碳酸钙粒子粉碎，并对粉碎后的纳米碳酸钙粒子进行筛分，收集粒径≤400nm的纳米碳酸钙粒子，得到精制的纳米碳酸钙；
d)往精制的纳米碳酸钙中加入质量比为0.5％-1.5％的交联剂和质量比为2％-5％的硬脂酸，并对纳米碳酸钙进行辐照2-5小时，在辐照的同时对纳米碳酸钙、交联剂和硬脂酸搅拌混合；
e)将步骤d)中得到的纳米碳酸钙置于真空干燥器中干燥8-10h，最终得到改性纳米碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的高分散性改性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述石灰石煅烧温度为1050-1090℃。
3.根据权利要求1所述的高分散性改性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钙悬浮液在高压反应釜中与二氧化碳反应过程中，边反应边搅拌混合。
4.根据权利要求1所述的高分散性改性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述交联剂为三烯丙基异氰尿酸酯。
5.根据权利要求1所述的高分散性改性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钙悬浮液与二氧化碳的反应温度控制在50-90℃。
6.根据权利要求5所述的高分散性改性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钙悬浮液与二氧化碳的反应气压控制在0.5-1MPa。
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