CN107915690A - 一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成与应用，其特征在于，所述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的结构式为式1。本发明的目的在于提供一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成与应用，该合成方法简单，原材料价格低廉。采用本发明的重质碳酸钙粉体增白剂处理重质碳酸钙粉体后具有较高的白度和亮度，同时还具有较好的流动性和分散性，是一种兼具增白和表面改性作用的荧光增白剂。

Description

一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成与应用
技术领域
本发明涉及荧光增白剂技术领域，具体涉及一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成与应用。
背景技术
我国已经形成了比较完善的材料科技体系，在某些新材料领域内具有明显的资源优势和技术优势，但总体自主创新能力还比较薄弱，具有自主知识产权的新材料产品及技术还比较少，尤其是在碳酸钙粉体填充料荧光增白剂方面创新性不足。
荧光增白剂具有很高的光量子产率，对被处理的基质能有效地增白、増艳。荧光增白剂分子具有较大的共轭体系，能够吸收波长范围在300～400nm左右的紫外光，并发射出波长范围在420～450nm左右的蓝色荧光，从而弥补了基质中由于蓝光缺失而造成的视觉上的泛黄。通过弥补蓝光使人感到被处理的基质更亮洁、更鲜艳。荧光增白剂被广泛地用于造纸、纺织、洗涤剂、塑料、油墨、皮革、紫外吸收剂、显影剂等诸多领域，市场需求巨大。
重质碳酸钙粉体作为最大的无机填充料，由于原料广、价格低、无毒等优点，被广泛应用于电缆料、合成革、聚乙烯薄膜，泡沫塑料、塑料管材、纸张等制品的填充料或原料。重质碳酸钙粉体作为最大填充材料，人们对其白度和光泽度均有较高要求，市场上有众多塑料、造纸和洗涤剂等专用荧光增白剂，但能同时与重质碳酸钙粉体和有机材料结合并有效增白重质碳酸钙粉体的荧光增白剂却不多见，市场需求非常迫切、巨大。未经过表面改性的重质碳酸钙粉体具有亲水性，但与有机聚合物的亲和性较差，在基料中易造成分散的不均匀或团聚的现象，从而导致填料与聚合物之间产生相异界面，这种缺陷容易产生应力集中现象，以致填充复合材料机械力学性能下降。重质碳酸钙粉体作为填充料必须经过表面改性活化处理，改变其亲水疏油性能。
重质碳酸粉体表面具有游离钙离子和羟基，市场上现有的荧光增白剂产品很难有效与粉体表面离子或基团发生有效键合力或表面吸附，缺乏能有效增白和表面改性重质碳酸钙粉体的增白剂。因此，开展重质碳酸钙粉体增白剂方面的研究已成为重质碳酸钙粉体及相关行业重要研究内容之一。通过科技创新，拓展增白剂的应用领域和市场竞争力具有非常重要的意义。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成与应用，该重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法简单，原材料价格低廉。通过测试该重质碳酸钙粉体增白剂的光学性能、对重质碳酸钙粉体的增白和表面改性效果，可以明显地看出该重质碳酸钙粉体增白剂具有较强的荧光发射性能、对重质碳酸钙粉体表面离子具有较强的键合力和显著的增白效果，同时处理后的重质碳酸钙粉体还具有较好的流动性和分散性。该重质碳酸钙粉体增白剂是一种兼具增白和表面改性作用的重质碳酸钙粉体增白剂，具有极大的推广和应用空间。
具体来说，本发明的方案为：一种重质碳酸钙粉体增白剂，所述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的结构式为式1。
同时本发明还公开了上述一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法，包括以下步骤：
步骤1：将三聚氯氰、丙酮和十六烷基胺混合，在0～5℃条件下搅拌反应一段时间；
步骤2：将4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸水溶液加入到步骤1的反应混合物中，并用饱和Na2CO3水溶液维持体系的pH为7左右，在30～40℃的条件下反应一段时间；
步骤3：向步骤2的反应混合物中加入邻氨基苯甲酸，用饱和Na2CO3水溶液维持体系的 pH为10左右，在回流条件下反应一段时间；
步骤4：冷却步骤3的反应混合物至室温，加入无机盐，使一种重质碳酸钙粉体增白剂析出并收集。
其中，三聚氯氰、十六烷基胺、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、邻氨基苯甲酸的物质的量的比例为：2～2.05:2:1:2～2.05。
在上述一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法中，所述的步骤1中，每10mmol三聚氯氰对应20mL丙酮；所述的步骤2中，4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸水溶液中，每5mmol 4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸对应20mL水。
在上述一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法中，所述的4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸水溶液的pH值为5～6。
在上述一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法中，pH值用饱和Na2CO3水溶液调控。
在上述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法中，所述的步骤1的反应时间为2～2.5 小时，所述的步骤2的反应时间为4～4.5小时，所述的步骤3的反应时间为7～7.5小时。
在上述一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法中，步骤4中的无机盐为氯化钠。
在上述一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法中，所述的步骤2中，4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸水溶液以滴加的形式加入到步骤1的反应混合物中。
另外本发明还提供了如上述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的用途，其用于重质碳酸钙粉体的增白和表面改性。
本发明与传统方法相比，具有以下优势：
1.本发明的增白剂不仅能与重质碳酸钙粉体表面离子发生有效化学键合，还能与有机载体发生有效结合，结合牢固度高，耐候性能好。
2.本发明的增白剂具有较强的荧光发射性能，可以明显的增白重质碳酸钙粉体。
3.本发明的增白剂对重质碳酸钙粉体具有表面改性作用，处理后的重质碳酸钙粉体具有较好的分散性和流动性。
附图说明
图1为实施例1的一种重质碳酸钙粉体增白剂的核磁共振氢谱。
图2为一种重质碳酸钙粉体增白剂的荧光发射光谱。
具体实施例
下面结合具体实施方式对本发明的权利要求做进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制，任何在本发明权利要求范围内所做有限的修改，仍在本发明的权利要求保护范围内。
实施例1
将10mmol三聚氯氰、20mL丙酮和10mmol十六烷胺混合，在0～5℃条件下搅拌反应2h。将5mmol 4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、20mL水和适量碳酸钠混合并滴加到反应混合物中，并用饱和Na2CO3水溶液维持体系的pH为7左右，在30～40℃的条件下反应4.5h。将10mmol邻氨基苯甲酸加入到反应混合物中，并用饱和Na2CO3水溶液维持体系的pH为 10左右，在回流条件下反应7h。用薄层色谱技术监测三步反应终点。反应结束，冷却至室温，加入2g氯化钠，搅拌、抽滤，真空干燥得一种重质碳酸钙粉体增白剂，收率81％。
实施例2
将10mmol三聚氯氰、20mL丙酮和10mmol十六烷胺混合，在0～5℃条件下搅拌反应2.2h。将5mmol 4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、20mL水和适量碳酸钠混合并滴加到反应混合物中，并用饱和Na2CO3水溶液维持体系的pH为7左右，在30～40℃的条件下反应4.3h。将10.4mmol邻氨基苯甲酸加入到反应混合物中，并用饱和Na2CO3水溶液维持体系的pH为 10左右，在回流条件下反应7.5h。用薄层色谱技术监测三步反应终点。反应结束，冷却至室温，加入2g氯化钠，搅拌、抽滤，真空干燥得一种重质碳酸钙粉体增白剂，收率82％。
实施例3
将10mmol三聚氯氰、20mL丙酮和10mmol十六烷胺混合，在0～5℃条件下搅拌反应2h。将5mmol 4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、20mL水和适量碳酸钠混合并滴加到反应混合物中，并用饱和Na2CO3水溶液维持体系的pH为7左右，在30～40℃的条件下反应4h。将10.2mmol邻氨基苯甲酸加入到反应混合物中，并用饱和Na2CO3水溶液维持体系的pH为10 左右，在回流条件下反应7h。用薄层色谱技术监测三步反应终点。反应结束，冷却至室温，加入2g氯化钠，搅拌、抽滤，真空干燥得一种重质碳酸钙粉体增白剂，收率80％。
物质结构测试
本发明采用核磁氢谱法对本发明产物进行物质结构测试，谱图如图1所示：
数据(400MHz；DMSO-d6,δ):0.84-3.43(66H,CH3和(CH2)15),7.57-8.06(16H,ArH和CH＝CH),9.12-9.23(4H,NH),10.74(2H,NH)。
光学性能测试
本发明采用荧光发射光谱对本发明产物进行光学性能测试，荧光发射光谱如图2所示。
将重质碳酸钙粉体增白剂配制成浓度为10-6mol/L的水溶液进行光学性能测试。测试结果表明，该重质碳酸钙粉体增白剂具有较强的荧光发射性能，最大荧光发射峰位于437nm。
增白和表面改性测试
配制该重质碳酸钙粉体增白剂质量浓度为0.01～0.03％的水溶液100mL，处理100g不同粒度和白度的重质碳酸钙粉体。
具体做法如下：将重质碳酸钙粉体放入适量上述浓度的溶液中，室温搅拌30min，抽干， 50℃干燥，即可得到具有较高白度和优良分散性能的重质碳酸钙粉体。实验结果证实，该重质碳酸钙粉体增白剂对不同品质的重质碳酸钙粉体都有显著的增白效果，在浓度为0.015％时，对400～3000目，白度为91～96的重质碳酸钙粉体增加白度值1～2.5之间，处理后的重质碳酸钙粉体具有较好的分散性和流动性。该重质碳酸钙粉体增白剂是一种兼具增白和表面改性作用的增白剂，具有重要的使用价值和应用前景。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种重质碳酸钙粉体增白剂，其特征在于，所述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的结构式为式1。
2.一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将三聚氯氰、丙酮和十六烷基胺混合，在0～5℃条件下搅拌反应一段时间；
步骤2：将4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸水溶液加入到步骤1的反应混合物中，并用饱和Na2CO3水溶液维持体系的pH为7左右，在30～40℃的条件下反应一段时间；
步骤3：向步骤2的反应混合物中加入邻氨基苯甲酸，用饱和Na2CO3水溶液维持体系的pH为10左右，在回流条件下反应一段时间；
步骤4：冷却步骤3的反应混合物至室温，加入无机盐，使一种重质碳酸钙粉体增白剂析出并收集。
其中，三聚氯氰、十六烷基胺、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、邻氨基苯甲酸的物质的量的比例为：2～2.05:2:1:2～2.05。
3.根据权利要求2所述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法，其特征在于，所述的步骤1中，每10mmol三聚氯氰对应20mL丙酮；所述的步骤2中，4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸水溶液中，每5mmol 4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸对应20mL水。
4.根据权利要求2所述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法，其特征在于，所述的4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸水溶液的pH值为5～6。
5.根据权利要求2或4所述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法，其特征在于，pH值用饱和Na2CO3水溶液调控。
6.根据权利要求2所述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法，其特征在于，所述的步骤1的反应时间为2～2.5小时，所述的步骤2的反应时间为4～4.5小时，所述的步骤3的反应时间为7～7.5小时。
7.根据权利要求2所述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法，其特征在于，所述的步骤1的反应温度为0～5℃，所述的步骤2的反应温度为30～40℃，所述的步骤3的反应温度为回流温度。
8.根据权利要求2所述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法，其特征在于，步骤4中的无机盐为氯化钠。
9.根据权利要求2所述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的合成方法，其特征在于，所述的步骤2中，4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸水溶液以滴加的形式加入到步骤1的反应混合物中。
10.权利要求1所述的一种重质碳酸钙粉体增白剂的用途，其特征在于，用于重质碳酸钙粉体的增白和表面改性。
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