CN110511597A - 一种多孔碳酸钙塑料填充材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔碳酸钙塑料填充材料及其制备方法。本发明制备方法包括以下步骤：将重质碳酸钙与去离子水按一定重量比进行混合后，投加至带有二氧化碳循环的加压反应釜进行反应，待反应结束，将浆料进行固液分离，用乙醇冲洗滤饼并干燥，得到多孔碳酸钙塑料填充材料。本发明采用廉价重质碳酸钙和二氧化碳气体为原料，工艺简单，成本低廉；制备得到的多孔碳酸钙具有丰富孔隙，高的比表面积，用作塑料填充材料，具有良好的补强效果。

Description

一种多孔碳酸钙塑料填充材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料无机填充材料生产加工技术领域，具体的说，涉及一种多孔碳酸钙塑料填充材料及其制备方法。
背景技术
碳酸钙是一种自然界广泛存在的一种无机盐材料，具有价格低廉、加工简单、安全无毒等特点，可用于塑料、造纸、橡胶等众多化工行业的填充材料。按照碳酸钙的制备方法不同，可具体分为重质碳酸钙（研磨钙）与轻质碳酸钙（沉淀钙）。我国钙矿资源丰富，重质碳酸钙因其产量大，并具有优异的价格优势，被广泛用作塑料填充材料。常规重质碳酸钙，由于粒径较大、表面光滑，作为塑料填充材料，填充量低，补强效果较差。制备多孔结构碳酸钙，能够有效改善高分子材料与碳酸钙的接触面积，吸附树脂材料中部分挥发性有机物，达到降低VOCs与增强功能。
多孔碳酸钙的制备主要是利用溶液合成方法，在合成过程中引入模板剂与表面活性剂，大部分是使用聚合物类助剂，如聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。上述方法制备得到的多孔碳酸钙，因制备过程中添加有机模板剂，成本高，并且焙烧过程会排放大量VOCs，环境不友好，难以实现工业化。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多孔碳酸钙塑料填充材料及其制备方法。本发明采用廉价易得的重质碳酸钙为原料，利用高压二氧化碳作为表面改性剂，反应条件温和，过程绿色环保，简单易行，易于工业化。
本发明的技术方案具体介绍如下。
本发明提供一种多孔碳酸钙塑料填充材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将重质碳酸钙与去离子水进行混合后，投加至带有二氧化碳循环的加压反应釜进行反应，得到碳酸钙浆料；
步骤2：将碳酸钙浆料固液分离，洗涤、高温烘干，制备得到多孔碳酸钙。
优选的，步骤1中，重质碳酸钙与去离子水的重量比为0.1:1~0.2:1。
优选的，步骤1中，加压反应釜的反应压力为0.5~1MPa，反应时间为2~4h。
优选的，步骤2中，固液分离采用过滤法。
优选的，步骤2中，采用乙醇对固液分离后的固体进行冲洗，高温烘干温度为110~130℃，干燥时间为2~4h。采用乙醇洗涤的目的是更好去除多孔结构中的水分与杂质；采用高温烘干，是因为固相中含有一定水分，水分的存在会直接影响无机、有机的界面接触，为确保去除这部分游离水，所以烘干温度需要110℃以上。
本发明还提供一种根据上述的制备方法制得的多孔碳酸钙塑料填充材料。
性能评价：
采用双螺杆挤出机，将多孔碳酸钙塑料填充材料与树脂材料混合造粒，在环境温度为23℃情况下，按照ASTM D638-14标准测试屈服点拉伸强度。
和现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明为非化学合成法，采用廉价的重质碳酸钙为原料，采用高压二氧化碳为结构改性剂，过程绿色环保，简单易行，工业化优势明显。
2、本发明多孔碳酸钙塑料填充材料具有丰富孔隙，比表面积高，能有效提高塑料制品拉伸强度与冲击强度。
附图说明
图1为本发明实施例4中多孔碳酸钙塑料填充材料的扫描电镜图片。
图2为本发明实施例4中多孔碳酸钙塑料填充材料的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种多孔碳酸钙塑料填充材料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将重质碳酸钙（比表面积为0.61m2/g）与去离子水按重量比为0.1:1进行混合，投加至带有二氧化碳循环的加压反应釜进行反应，反应压力为0.5MPa，反应时间为2h，制备得到碳酸钙浆料。
步骤2：采用布氏漏斗，将碳酸钙浆料固液分离，用乙醇反复冲洗滤饼后，进行高温烘干，干燥温度为110℃，干燥时间为2h，制备得到多孔碳酸钙（比表面积为3.19m2/g）。
采用双螺杆挤出机，将重质碳酸钙、多孔碳酸钙分别与聚丙烯（PP，购自台湾塑胶，牌号：3015，屈服点拉伸强度为25MPa，冲击强度为45kJ/m2）按照重量比0.25：1挤出造粒，在环境温度为23℃情况下，按照ASTM D638-14标准测试屈服点拉伸强度分别为26.1MPa与27.3MPa，按照ASTM D256-10标准测试冲击伸强度分别为30.8kJ/m2与35.5kJ/m2。
实施例2
一种多孔碳酸钙塑料填充材料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将重质碳酸钙（比表面积为0.61m2/g）与去离子水按重量比为0.15:1进行混合，投加至带有二氧化碳循环的加压反应釜进行反应，反应压力为0.8MPa，反应时间为3h，制备得到碳酸钙浆料。
步骤2：采用布氏漏斗，将碳酸钙浆料固液分离，用乙醇反复冲洗滤饼后，进行高温烘干，干燥温度为120℃，干燥时间为3h，制备得到多孔碳酸钙（比表面积为3.65m2/g）。
采用双螺杆挤出机，将重质碳酸钙、多孔碳酸钙分别与聚丙烯（PP，购自上海石化，牌号：K8003，屈服点拉伸强度为29MPa，冲击强度为58kJ/m2）按照重量比0.25：1挤出造粒，在环境温度为23℃情况下，按照ASTM D638-14标准测试屈服点拉伸强度分别为31.4MPa与32.6MPa，按照ASTM D256-10标准测试冲击伸强度分别为39.3kJ/m2与44.5kJ/m2。
实施例3
一种多孔碳酸钙塑料填充材料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将重质碳酸钙（比表面积为0.61m2/g）与去离子水按重量比为0.2:1进行混合，投加至带有二氧化碳循环的加压反应釜进行反应，反应压力为1MPa，反应时间为4h，制备得到碳酸钙浆料。
步骤2：采用布氏漏斗，将碳酸钙浆料固液分离，用乙醇反复冲洗滤饼后，进行高温烘干，干燥温度为130℃，干燥时间为4h，制备得到多孔碳酸钙（比表面积为3.92m2/g）。
采用双螺杆挤出机，将重质碳酸钙、多孔碳酸钙分别与线性低密度聚乙烯（LLDPE，购自埃克森美孚，牌号：LL6101XR，屈服点拉伸强度为10MPa，冲击强度为47kJ/m2）按照重量比0.25：1挤出造粒，在环境温度为23℃情况下，按照ASTM D638-14标准测试屈服点拉伸强度分别为12.8MPa与14.2MPa，按照ASTM D256-10标准测试冲击伸强度分别为29.7kJ/m2与33.3kJ/m2。
实施例4
一种多孔碳酸钙塑料填充材料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将重质碳酸钙（比表面积为0.61m2/g）与去离子水按重量比为0.15:1进行混合，投加至带有二氧化碳循环的加压反应釜进行反应，反应压力为1MPa，反应时间为4h，制备得到碳酸钙浆料。
步骤2：采用布氏漏斗，将碳酸钙浆料固液分离，用乙醇反复冲洗滤饼后，进行高温烘干，干燥温度为130℃，干燥时间为4h，制备得到多孔碳酸钙（比表面积为3.98m2/g），图1可以看出材料为表面粗糙的多孔结构，图2可以看出材料为方解石型碳酸钙，属于三方晶系。
采用双螺杆挤出机，将重质碳酸钙、多孔碳酸钙分别与聚丙烯（PP，购自上海石化，牌号：K8003，屈服点拉伸强度为29MPa，冲击强度为58kJ/m2）、线性低密度聚乙烯（LLDPE，购自埃克森美孚，牌号：LL6101XR，屈服点拉伸强度为10MPa，冲击强度为47kJ/m2）按照重量比1：3：1挤出造粒，在环境温度为23℃情况下，按照ASTM D638-14标准测试屈服点拉伸强度分别为24.2与26.9MPa，按照ASTM D256-10标准测试冲击伸强度分别为39.4kJ/m2与46.7kJ/m2。
实施例5
一种多孔碳酸钙塑料填充材料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将重质碳酸钙（比表面积为0.61m2/g）与去离子水按重量比为0.1:1进行混合，投加至带有二氧化碳循环的加压反应釜进行反应，反应压力为0.8MPa，反应时间为3h，制备得到碳酸钙浆料。
步骤2：采用布氏漏斗，将碳酸钙浆料固液分离，用乙醇反复冲洗滤饼后，进行高温烘干，干燥温度为120℃，干燥时间为3h，制备得到多孔碳酸钙（比表面积为3.77m2/g）。
采用双螺杆挤出机，将重质碳酸钙、多孔碳酸钙分别与聚丙烯（PP，购自台湾塑胶，牌号：3015，屈服点拉伸强度为25MPa，冲击强度为45kJ/m2）、线性低密度聚乙烯（LLDPE，购自埃克森美孚，牌号：LL6101XR，屈服点拉伸强度为10MPa，冲击强度为47kJ/m2）按照重量比1：3：1挤出造粒，在环境温度为23℃情况下，按照ASTM D638-14标准测试屈服点拉伸强度分别为24.2 MPa 与25.7MPa，按照ASTM D256-10标准测试冲击伸强度分别为34.6kJ/m2与37.9kJ/m2。
以上所述仅是本发明较佳实施例，应当指出，对于本技术领域的相关人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，可以对实施例作适当改进和修饰，但这些改进和修饰也全视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多孔碳酸钙塑料填充材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将重质碳酸钙与去离子水进行混合后，投加至带有二氧化碳循环的加压反应釜进行反应，得到碳酸钙浆料；
步骤2：将碳酸钙浆料固液分离，洗涤、高温烘干，制备得到多孔碳酸钙塑料填充材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，重质碳酸钙与去离子水的重量比为0.1：1~0.2:1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，加压反应釜的反应压力为0.5~1MPa，反应时间为2~4h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2中，固液分离采用过滤法。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2中，采用乙醇对固液分离后的固体进行冲洗，高温烘干温度为110~130℃，干燥时间为2~4h。
6.一种根据权利要求1~5之一所述的制备方法制得的多孔碳酸钙塑料填充材料。
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