CN111662572A - 一种提高耐磨性的碳酸钙填料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高耐磨性的碳酸钙填料及其制备方法，以重量份为单位，包括以下原料：碳酸钙50‑70份、滑石粉0.5‑1份、三聚氰胺树脂5‑7份、铝酸酯偶联剂0.5‑1份、碳化硅1‑2份、石墨烯1‑2份、氧化铜2‑3份、氧化镧2‑3份、聚异丁烯3‑4份、甘油三醋酸酯4‑6份、改性聚酰胺3‑5份、钛酸丁酯5‑10份和去离子水200‑250份。本发明提出的一种提高耐磨性的碳酸钙填料及其制备方法，提高耐磨性的碳酸钙填料，添加了耐磨性好和热稳定性高的三聚氰胺树脂、润滑性好和光泽度高的滑石粉、光学性能佳的氧化镧，添加的碳化硅和石墨烯在铝酸酯偶联剂的作用下和碳酸钙紧密粘结，并且增强了碳酸钙耐磨、耐氧化、硬度高、拉伸强度好等方面的特性。

Description

一种提高耐磨性的碳酸钙填料及其制备方法
技术领域
本发明涉及碳酸钙技术领域，特别涉及一种提高耐磨性的碳酸钙填料及其制备方法。
背景技术
碳酸钙是一种十分重要的功能性无机填料，被广泛地应用于塑料、橡胶、涂料和造纸等工业领域。在碳酸钙的应用领域中，大多产品属于聚合物的范畴，例如塑料、橡胶、胶粘剂、涂料等，并占有重要的市场份额。改性剂对纳米碳酸钙的性能和应用起到了重要作用。例如，分散剂的加入可减少纳米颗粒的团聚，提高分散性；表面改性剂的加入可以提高纳米碳酸钙在聚合物体系中的相容性。由此可见，分散剂和表面改性剂对于纳米碳酸钙的应用是至关重要的。然而，分散剂和表面改性剂的加入，使得纳米碳酸钙温度使用窗口大大变小，原因是常用的分散剂和偶联剂在高温下易于分解，造成气泡、开裂、缺陷、变形等，从而影响材料的外观、耐热性能和力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高耐磨性的碳酸钙填料及其制备方法，提高耐磨性的碳酸钙填料的制备方法，提高耐磨性的碳酸钙填料，添加了耐磨性好和热稳定性高的三聚氰胺树脂、润滑性好和光泽度高的滑石粉、光学性能佳的氧化镧，增加了碳酸钙填料的耐磨性能和热稳定性，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高耐磨性的碳酸钙填料，以重量份为单位，包括以下原料：碳酸钙50-70份、滑石粉0.5-1份、三聚氰胺树脂5-7份、铝酸酯偶联剂0.5-1份、碳化硅1-2份、石墨烯1-2份、氧化铜2-3份、氧化镧2-3份、聚异丁烯3-4份、甘油三醋酸酯4-6份、改性聚酰胺3-5份、钛酸丁酯5-10份和去离子水200-250份。
优选的，所述碳酸钙包括纳米碳酸钙粉和大颗粒碳酸钙粉，纳米碳酸钙粉和大颗粒碳酸钙粉的重量比重为19:1，大颗粒碳酸钙粉的颗粒大小小于2500目。
优选的，所述改性聚酰胺包括以下原料：聚酰胺40-50份、高耐磨炭黑1-2份、玻璃纤维3-6份、聚四氟乙烯2-5份、二硫化钼1-2份、去离子水50-60份。
优选的，所述聚酰胺为聚酰胺66、聚酰胺6、聚酰胺610和聚酰胺1010中的至少一种。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种提高耐磨性的碳酸钙填料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将纳米碳酸钙粉加入适量的去离子水，低速启动后，立即高速旋转，搅拌的过程中，按比例添加大颗粒碳酸钙粉，在1000转/分钟下搅拌反应1-2小时，温度保持在60-70℃范围内；
S2：将滑石粉、三聚氰胺树脂、氧化铜、钛酸丁酯和氧化镧投入至高速捏合机中，并加入甘油三醋酸酯，与S2中的碳酸钙混合，升温至80℃，保温搅拌半小时；
S3：向高速捏合机继续投入铝酸酯偶联剂、碳化硅、石墨烯、聚异丁烯和甘油三醋酸酯，继续升温至140℃，搅拌1-2小时；
S4：将S3中获得的混合物倒出，加入适量的去离子水，搅拌并研磨半个小时后，形成混悬液，向混悬液中加入改性聚酰胺，1200-1500转/分钟下搅拌8-10分钟，烘干粉碎成细粉末即可。
优选的，所述S4中改性聚酰胺的制备方法如下，将聚酰胺、高耐磨炭黑、玻璃纤维、聚四氟乙烯、二硫化钼和适量的去离子水投入至搅拌容器中，并升温至80℃，保温搅拌1-2小时，搅拌完成后，将其倒出，研磨至超细粉末，过滤后进行烘干，获得改性聚酰胺。
优选的，所述甘油三醋酸酯的分两次添加，S2中甘油三醋酸酯的添加量为总量的1/3，S3中添加的甘油三醋酸酯同样分两次添加，一次的添加量为总量的1/3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的一种提高耐磨性的碳酸钙填料及其制备方法，提高耐磨性的碳酸钙填料，添加了耐磨性好和热稳定性高的三聚氰胺树脂、润滑性好和光泽度高的滑石粉、光学性能佳的氧化镧，增加了碳酸钙填料的耐磨性能和热稳定性，在聚酰胺中加入细分散的高耐磨炭黑，聚酰胺便可在室外长期使用，添加到碳酸钙中，可以增加碳酸钙的室外使用寿命，添加玻璃纤维增强材料，可以提高聚酰胺的刚性，降低蠕变性，并使碳酸钙制品的成型收缩率变小、尺寸稳定性变好，聚四氟乙烯和二硫化钼可以提高聚酰胺的耐磨性，加强碳酸钙填料整体的耐磨性，大颗粒碳酸钙粉在高速旋转的过程中会提高碰撞的机率，起到部分解聚的作用，甘油三醋酸酯的分两次添加，提高三聚氰胺树脂吸油的均匀性，也可以改善碳酸钙润湿性，提高分散性，添加的碳化硅和石墨烯在铝酸酯偶联剂的作用下和碳酸钙紧密粘结，并且增强了碳酸钙耐磨、耐氧化、硬度高、拉伸强度好等方面的特性。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，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。
实施例一：
一种提高耐磨性的碳酸钙填料，以重量份为单位，包括以下原料：碳酸钙50份、滑石粉1份、三聚氰胺树脂5份、铝酸酯偶联剂1份、碳化硅2份、石墨烯2份、氧化铜2份、氧化镧2份、聚异丁烯4份、甘油三醋酸酯6份、改性聚酰胺5份、钛酸丁酯5份和去离子水200份。
碳酸钙包括纳米碳酸钙粉和大颗粒碳酸钙粉，纳米碳酸钙粉和大颗粒碳酸钙粉的重量比重为19:1，大颗粒碳酸钙粉的颗粒大小小于2500目，通过添加分粒径较大的碳酸钙，在高速旋转的过程中会提高碰撞的机率，起到部分解聚的作用。
改性聚酰胺包括以下原料：聚酰胺40份、高耐磨炭黑1份、玻璃纤维3份、聚四氟乙烯2份、二硫化钼1份和去离子水55份。
聚酰胺为聚酰胺66。
为了更好的展现提高耐磨性的碳酸钙填料的制备流程，本实施例现提出一种提高耐磨性的碳酸钙填料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将纳米碳酸钙粉加入适量的去离子水，低速启动后，立即高速旋转，搅拌的过程中，按比例添加大颗粒碳酸钙粉，在1000转/分钟下搅拌反应1-2小时，温度保持在60-70℃范围内；
步骤二：将滑石粉、三聚氰胺树脂、氧化铜、钛酸丁酯和氧化镧投入至高速捏合机中，并加入甘油三醋酸酯，甘油三醋酸酯的添加量为总量的1/3，与步骤二中的碳酸钙混合，升温至80℃，保温搅拌半小时，氧化镧能够提高碳酸钙的光学性能，钛酸丁酯提高碳酸钙的耐酸度和耐高温性能；
步骤三：向高速捏合机继续投入铝酸酯偶联剂、碳化硅、石墨烯、聚异丁烯和甘油三醋酸酯，继续升温至140℃，搅拌1-2小时，甘油三醋酸酯分两次添加，一次在搅拌前，一次在搅拌中途，两次的的添加量均为为总量的1/3，提高三聚氰胺树脂吸油的均匀性，也可以改善碳酸钙润湿性，提高分散性，添加的碳化硅和石墨烯在铝酸酯偶联剂的作用下和碳酸钙紧密粘结，并且增强了碳酸钙耐磨、耐氧化、硬度高、拉伸强度好等方面的特性；
步骤四：将步骤三中获得的混合物倒出，加入适量的去离子水，搅拌并研磨半个小时后，形成混悬液，向混悬液中加入改性聚酰胺，1200-1500转/分钟下搅拌8-10分钟，烘干粉碎成细粉末即可，改性聚酰胺的制备方法如下，将聚酰胺、高耐磨炭黑、玻璃纤维、聚四氟乙烯、二硫化钼和适量的去离子水投入至搅拌容器中，并升温至80℃，保温搅拌1-2小时，搅拌完成后，将其倒出，研磨至超细粉末，过滤后进行烘干，获得改性聚酰胺，在聚酰胺中加入细分散的高耐磨炭黑，聚酰胺便可在室外长期使用，添加到碳酸钙中，可以增加碳酸钙的室外使用寿命，添加玻璃纤维增强材料，可以提高聚酰胺的刚性，降低蠕变性，并使碳酸钙制品的成型收缩率变小、尺寸稳定性变好，聚四氟乙烯和二硫化钼可以提高聚酰胺的耐磨性，加强碳酸钙填料整体的耐磨性。
实施例二：
取以下重量比材料：碳酸钙60份、滑石粉1份、三聚氰胺树脂7份、铝酸酯偶联剂1份、碳化硅1份、石墨烯1份、氧化铜2份、氧化镧2份、聚异丁烯3份、甘油三醋酸酯6份、改性聚酰胺3份、钛酸丁酯5份和去离子水200份；
其中改性聚酰胺包括以下重量比的材料：聚酰胺45份、高耐磨炭黑1份、玻璃纤维4份、聚四氟乙烯2份、二硫化钼11份和去离子水50份。
本实施例中碳酸钙填料的制备方法与实施例一相同。聚酰胺为聚酰胺66。
实施例三：
取以下重量比材料：碳酸钙70份、滑石粉1份、三聚氰胺树脂5份、铝酸酯偶联剂1份、碳化硅1份、石墨烯1份、氧化铜2份、氧化镧2份、聚异丁烯3份、甘油三醋酸酯6份、改性聚酰胺3份、钛酸丁酯5份和去离子水200份。
其中改性聚酰胺包括以下重量比的材料：聚酰胺50份、高耐磨炭黑1份、玻璃纤维3份、聚四氟乙烯2份、二硫化钼11份和去离子水50份。
碳酸钙仅有纳米碳酸钙粉。聚酰胺为聚酰胺66。
本实施例中碳酸钙的制备方法如下：
步骤一：将纳米碳酸钙粉加入适量的去离子水，低速启动后，立即高速旋转，在1000转/分钟下搅拌反应1-2小时，温度保持在60-70℃范围内；
步骤二：将滑石粉、三聚氰胺树脂、氧化铜、钛酸丁酯和氧化镧投入至高速捏合机中，并加入甘油三醋酸酯，甘油三醋酸酯的添加量为总量的1/3，与步骤二中的碳酸钙混合，升温至80℃，保温搅拌半小时；
步骤三：向高速捏合机继续投入铝酸酯偶联剂、碳化硅、石墨烯、聚异丁烯和甘油三醋酸酯，继续升温至140℃，搅拌1-2小时，甘油三醋酸酯添加量为总量的2/3；
步骤四：将步骤三中获得的混合物倒出，加入适量的去离子水，搅拌并研磨半个小时后，形成混悬液，向混悬液中加入改性聚酰胺，1200-1500转/分钟下搅拌8-10分钟，烘干粉碎成细粉末即可，改性聚酰胺的制备方法如下，将聚酰胺、高耐磨炭黑、玻璃纤维、聚四氟乙烯、二硫化钼和适量的去离子水投入至搅拌容器中，并升温至80℃，保温搅拌1-2小时，搅拌完成后，将其倒出，研磨至超细粉末，过滤后进行烘干，获得改性聚酰胺，在聚酰胺中加入细分散的高耐磨炭黑，聚酰胺便可在室外长期使用，添加到碳酸钙中，可以增加碳酸钙的室外使用寿命，添加玻璃纤维增强材料，可以提高聚酰胺的刚性，降低蠕变性，并使碳酸钙制品的成型收缩率变小、尺寸稳定性变好，聚四氟乙烯和二硫化钼可以提高聚酰胺的耐磨性，加强碳酸钙填料整体的耐磨性。
本实施例中去除大颗粒碳酸钙粉，并将甘油三醋酸酯分两次添加。
实施例四：
取以下重量比材料：碳酸钙50份、滑石粉1份、三聚氰胺树脂7份、铝酸酯偶联剂1份、碳化硅1份、石墨烯1份、氧化铜2份、聚异丁烯3份、甘油三醋酸酯6份、改性聚酰胺4份、钛酸丁酯5份和去离子水200份。
其中改性聚酰胺包括以下重量比的材料：聚酰胺45份、高耐磨炭黑1份、玻璃纤维4份、聚四氟乙烯2份、二硫化钼11份和去离子水50份。
碳酸钙仅有纳米碳酸钙粉。聚酰胺为聚酰胺66。
本实施例中碳酸钙的制备方法如下：
步骤一：将纳米碳酸钙粉加入适量的去离子水，在1000转/分钟下搅拌反应1-2小时，温度保持在60-70℃范围内；
步骤二：将滑石粉、三聚氰胺树脂、氧化铜和钛酸丁酯投入至高速捏合机中，并加入甘油三醋酸酯，与步骤二中的碳酸钙混合，升温至80℃，保温搅拌半小时；
步骤三：向高速捏合机继续投入铝酸酯偶联剂、碳化硅、石墨烯和聚异丁烯，继续升温至140℃，搅拌1-2小时；
步骤四：将步骤三中获得的混合物倒出，加入适量的去离子水，搅拌并研磨半个小时后，形成混悬液，向混悬液中加入改性聚酰胺，1200-1500转/分钟下搅拌8-10分钟，烘干粉碎成细粉末即可，改性聚酰胺的制备方法如下，将聚酰胺、高耐磨炭黑、玻璃纤维、聚四氟乙烯、二硫化钼和适量的去离子水投入至搅拌容器中，并升温至80℃，保温搅拌1-2小时，搅拌完成后，将其倒出，研磨至超细粉末，过滤后进行烘干，获得改性聚酰胺，在聚酰胺中加入细分散的高耐磨炭黑，聚酰胺便可在室外长期使用，添加到碳酸钙中，可以增加碳酸钙的室外使用寿命，添加玻璃纤维增强材料，可以提高聚酰胺的刚性，降低蠕变性，并使碳酸钙制品的成型收缩率变小、尺寸稳定性变好，聚四氟乙烯和二硫化钼可以提高聚酰胺的耐磨性，加强碳酸钙填料整体的耐磨性。
实施例一、实施例二、实施例三和实施例四中制成的提高耐磨性的碳酸钙填料，进行测试后，得到以下数据表：
实施例一 实施例二 实施例三 实施例四
堆积密度g/l 0.87 0.92 0.98 1.01
冲击强度Mpa 33.2 33.4 32.9 32.8
断裂强度Mpa 46.9 46.5 46.8 46.4
断裂延伸率％ 100 100.1 99.9 100.1
从上表的数据对比可知，可以得知，实施例一、实施例二和实施例三中制成的耐磨性碳酸钙填料耐磨性好，实施例一和实施例二的堆积密度低，分散性更好，实施例二中增加了三聚氰胺树脂的比重，冲击强度更佳，实施例三和实施例四中取消了大颗粒碳酸钙粉，并改变了甘油三醋酸酯的添加步骤，相比于实施例一和实施例二，分散性更差，对比可得原料取碳酸钙50份、滑石粉1份、三聚氰胺树脂5份、铝酸酯偶联剂1份、碳化硅2份、石墨烯2份、氧化铜2份、氧化镧2份、聚异丁烯4份、甘油三醋酸酯6份、改性聚酰胺5份、钛酸丁酯5份和去离子水200份为最优方案，同时配制时，需要将添加大颗粒碳酸钙粉，并分步添加甘油三醋酸酯。
综上所述：本提高耐磨性的碳酸钙填料及其制备方法，添加了耐磨性好和热稳定性高的三聚氰胺树脂、润滑性好和光泽度高的滑石粉、光学性能佳的氧化镧，增加了碳酸钙填料的耐磨性能和热稳定性，在聚酰胺中加入细分散的高耐磨炭黑，聚酰胺便可在室外长期使用，添加到碳酸钙中，可以增加碳酸钙的室外使用寿命，添加玻璃纤维增强材料，可以提高聚酰胺的刚性，降低蠕变性，并使碳酸钙制品的成型收缩率变小、尺寸稳定性变好，聚四氟乙烯和二硫化钼可以提高聚酰胺的耐磨性，加强碳酸钙填料整体的耐磨性，大颗粒碳酸钙粉在高速旋转的过程中会提高碰撞的机率，起到部分解聚的作用，甘油三醋酸酯的分两次添加，提高三聚氰胺树脂吸油的均匀性，也可以改善碳酸钙润湿性，提高分散性，添加的碳化硅和石墨烯在铝酸酯偶联剂的作用下和碳酸钙紧密粘结，并且增强了碳酸钙耐磨、耐氧化、硬度高、拉伸强度好等方面的特性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高耐磨性的碳酸钙填料，以重量份为单位，包括以下原料：碳酸钙50-70份、滑石粉0.5-1份、三聚氰胺树脂5-7份、铝酸酯偶联剂0.5-1份、碳化硅1-2份、石墨烯1-2份、氧化铜2-3份、氧化镧2-3份、聚异丁烯3-4份、甘油三醋酸酯4-6份、改性聚酰胺3-5份、钛酸丁酯5-10份和去离子水200-250份。
2.如权利要求1所述的一种提高耐磨性的碳酸钙填料，其特征在于：所述碳酸钙包括纳米碳酸钙粉和大颗粒碳酸钙粉，纳米碳酸钙粉和大颗粒碳酸钙粉的重量比重为19:1，大颗粒碳酸钙粉的颗粒大小小于2500目。
3.如权利要求1所述的一种提高耐磨性的碳酸钙填料，其特征在于：所述改性聚酰胺包括以下原料：聚酰胺40-50份、高耐磨炭黑1-2份、玻璃纤维3-6份、聚四氟乙烯2-5份、二硫化钼1-2份、去离子水50-60份。
4.如权利要求3所述的一种提高耐磨性的碳酸钙填料，其特征在于：所述聚酰胺为聚酰胺66、聚酰胺6、聚酰胺610和聚酰胺1010中的至少一种。
5.一种如权利要求1所述的提高耐磨性的碳酸钙填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将纳米碳酸钙粉加入适量的去离子水，低速启动后，立即高速旋转，搅拌的过程中，按比例添加大颗粒碳酸钙粉，在1000转/分钟下搅拌反应1-2小时，温度保持在60-70℃范围内；
S2：将滑石粉、三聚氰胺树脂、氧化铜、钛酸丁酯和氧化镧投入至高速捏合机中，并加入甘油三醋酸酯，与S2中的碳酸钙混合，升温至80℃，保温搅拌半小时；
S3：向高速捏合机继续投入铝酸酯偶联剂、碳化硅、石墨烯、聚异丁烯和甘油三醋酸酯，继续升温至140℃，搅拌1-2小时；
S4：将S3中获得的混合物倒出，加入适量的去离子水，搅拌并研磨半个小时后，形成混悬液，向混悬液中加入改性聚酰胺，1200-1500转/分钟下搅拌8-10分钟，烘干粉碎成细粉末即可。
6.如权利要求5所述的一种提高耐磨性的碳酸钙填料的制备方法，其特征在于：所述S4中改性聚酰胺的制备方法如下，将聚酰胺、高耐磨炭黑、玻璃纤维、聚四氟乙烯、二硫化钼和适量的去离子水投入至搅拌容器中，并升温至80℃，保温搅拌1-2小时，搅拌完成后，将其倒出，研磨至超细粉末，过滤后进行烘干，获得改性聚酰胺。
7.如权利要求5所述的一种提高耐磨性的碳酸钙填料的制备方法，其特征在于：所述甘油三醋酸酯的分两次添加，S2中甘油三醋酸酯的添加量为总量的1/3，S3中添加的甘油三醋酸酯同样分两次添加，一次的添加量为总量的1/3。
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