CN115785324A - 一种纳米碳酸钙用分散剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米碳酸钙用分散剂的制备方法,其步骤为:分别配置出对应浓度的氢氧化钠溶液、次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液备用,并取液态单体备用;随后将各原料分别添加到反应釜中进行水热反应,水热反应结束后,对反应釜进行保温,保温结束后将交反应釜中溶液的pH值调配为5.0~6.5之间,冷却后获得纳米碳酸钙用分散剂。本发明的一种纳米碳酸钙用分散剂的制备方法合成工艺简单,采用水溶液反应体系,合成过程没有有机溶剂参与,反应过程温和、环保,且其分散稳定性良好,分散性能测试中添加了该分散剂后的纳米碳酸钙溶液放置10天以上未见明显分层现象,合成工艺易于控制且生产成本较低,容易实现产业化生产和应用。
Description
技术领域
本发明属于化学助剂技术领域,具体地说,涉及一种纳米碳酸钙用分散剂的制备方法。
背景技术
我国碳酸钙资源分布广泛且储量大,按来源主要分为重质碳酸钙(天然矿石原料研磨至不同的粒径等级)和轻质碳酸钙(化学合成方法制成);按照粒度大小分为:微米级粉体(粒径大于1μm)、亚微米级粉体(粒径小于1μm大于0.1μm)、纳米级粉体(粒径在0.001~0.1μm之间)。碳酸钙使用最广泛的是造纸业,其次是塑料行业,广泛应用于涂料、油漆特别是水性涂料中。其中纳米级的重质碳酸钙和轻质碳酸钙在面涂级造纸涂料及高档水性涂料中的应用越来越广泛。纳米碳酸钙,无论是重质碳酸钙还是轻质碳酸钙,为了降低运输成本等因素,一般以干燥粉体的形式供给下游用户使用。由于纳米碳酸钙的纳米尺度效应,在应用的时候面临重新再分散的问题,如分散液的固含量较低、会产生较多泡沫、悬浮液稳定性较差等。
为了提高纳米碳酸钙的再分散性能,需要加入纳米碳酸钙用分散剂。但是,目前的分散剂都存在如下一项或几项问题:1)无机类分散剂分散效率低,且容易引入其他杂质;2)有机类分散剂的合成过程多采用有机溶剂,存在环境污染的问题;3)部分有机类分散剂合成过程复杂,耗时长且存在转化率不高等问题。
因此,提供一种合成工艺简单、环保、单体转化率高且分散效率高的纳米碳酸钙用分散剂是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题在于提供一种工艺环保、分散性能良好的纳米碳酸钙用分散剂的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案为:
一种纳米碳酸钙用分散剂的制备方法,所述纳米碳酸钙用分散剂在氢氧化钠溶液中进行水热反应后形成,包括如下组分:
质量浓度为3~20wt.%的氢氧化钠溶液100~540质量份;
质量浓度为5~30wt.%的次亚磷酸钠溶液200~250质量份;
质量浓度为9~40wt.%的过硫酸铵溶液150~350质量份;
质量浓度为25~45wt.%的固态单体水溶液900~1750质量份;
具有流动性的液态单体50~250质量份;
质量浓度为15~25wt.%的磷酸溶液;
其中,所述固态单体水溶液通过固态单体融化于水中后制成,所述固定单体包括2-丙烯酰胺2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸钠和丙烯酰胺中的至少一种,所述液态单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸羟丙酯中的至少一种,所述磷酸溶液用于将制品的pH值调配为5.0~6.5;
包括如下步骤:
S1,在(23±2)℃的环境下,将80~500质量份的水与10~40质量份的氢氧化钠加入到带有温度计的反应釜中,反应釜与搅拌器连接对反应釜内液体进行搅拌,获得质量浓度为3~20wt.%的氢氧化钠溶液备用;
S2,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为5~30wt.%的次亚磷酸钠溶液200~250质量份备用;
S3,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为9~40wt.%的过硫酸铵溶液150~350质量份备用;
S4,在(23±2)℃的环境下,取300~750质量份的固态单体投入到500~1000质量份的水中,通过搅拌使固态单体完全溶于水中,获得质量浓度为25~45wt.%的固态单体水溶液900~1750质量份备用;
S5,取具有流动性的液态单体50~250质量份备用;
S5,将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体分别放入蠕动泵中,并将4个蠕动泵与反应釜相连接;
S6,对反应釜进行加热,使其加热到处于反应温度中,随后将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体通过蠕动泵分别添加到反应釜中,滴入速度通过滴加时间控制,进行水热反应,反应过程中搅拌器一直对反应釜内溶液进行该搅拌;
S7,水热反应结束后,停止搅拌,对反应釜进行保温,保温时间为1~10h;
S8,保温结束后自然冷却到调配温度时,加入质量浓度为15~25wt.%的磷酸溶液进行调配,将交反应釜中溶液的pH值调配为5.0~6.5之间;
S9,调配好的溶液自然冷却到室温后,转移至试剂瓶中储存,获得纳米碳酸钙用分散剂。
本发明具有以下有益效果:本制备方法的合成工艺简单,采用水溶液反应体系,合成过程没有有机溶剂参与,反应过程温和、环保;单体转化率在95wt.%以上;采用分段滴定的方式,很好的控制了分散剂的分子量,并将分子量分布控制在了较窄的范围,且其分散稳定性良好,分散性能测试中添加了该分散剂后的纳米碳酸钙溶液放置10天以上未见明显分层现象;本制备方法合成工艺过程易于控制且生产成本较低,容易实现产业化生产和应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。
本发明实施例1的一种纳米碳酸钙用分散剂的制备方法,包括如下步骤:
S1,在(23±2)℃的环境下,将100g的水与15g的氢氧化钠加入到带有温度计的反应釜中,反应釜与搅拌器连接对反应釜内液体进行搅拌,在本实施例中搅拌器的搅拌速度均为800r/min,获得质量浓度为13wt.%的氢氧化钠溶液备用。
S2,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为5wt.%的次亚磷酸钠溶液250g备用;即本实施例中实际参与反应的次亚磷酸钠为12.5g。
S3,在(23±2)℃的环境下,配置出浓度为40wt.%的过硫酸铵溶液50g备用;即本实施例中实际参与反应的过硫酸铵为20g。次亚磷酸钠与所述过硫酸铵的使用比例为质量比1:1.6。
S4,在(23±2)℃的环境下,取300g的固态单体投入到500g的水中,通过搅拌使固态单体完全溶于水中,获得浓度约为37.5wt.%的固态单体水溶液800g备用;本实施例中,固态单体为2-丙烯酰胺2-甲基丙磺酸。
S5,取具有流动性的液态单体150g备用;本实施例中,液态单体为甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸丁酯,两者使用比例为质量比1:10。
S5,将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体分别放入蠕动泵中,并将4个蠕动泵与反应釜相连接;采用单独的蠕动泵对单一一种溶液进行滴加,可以更好的控制滴入的速率,达到精准控制的目的。
S6,对反应釜进行加热,使其加热到处于反应温度75℃中,随后将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体通过蠕动泵分别添加到反应釜中,滴入速度通过滴入时间控制,进行水热反应,反应过程中搅拌器一直对反应釜内溶液进行该搅拌;本实施例中,次亚磷酸钠溶液的滴加时间为1.5h,对应蠕动泵的滴加速度为2.78g/min;过硫酸铵溶液的滴加时间为1.7h,对应蠕动泵的滴加速度为0.49g/min;固态单体溶液的滴加时间为2.5h,对应蠕动泵的滴加速度为5.33g/min;液态单体溶液的滴加时间为3h,对应蠕动泵的滴加速度为0.83g/min。开始反应时,同时开始滴加次亚磷酸钠溶液与过硫酸铵溶液,滴加5min后,同时开始滴加固态单体溶液与液态单体溶液,直至3h后反应结束。
S7,水热反应结束后,停止搅拌,对反应釜进行保温,保温温度为80℃,保温时间为5h。
S8,保温结束后自然冷却到50℃的调配温度时,加入浓度为20wt.%的磷酸溶液进行调配,将交反应釜中溶液的pH值调配为5.5。
S9,调配好的溶液自然冷却到室温后,转移至试剂瓶中储存,获得纳米碳酸钙用分散剂。
本发明实施例2的一种纳米碳酸钙用分散剂的制备方法,包括如下步骤:
S1,在(23±2)℃的环境下,将500g的水与40g的氢氧化钠加入到带有温度计的反应釜中,反应釜与搅拌器连接对反应釜内液体进行搅拌,在本实施例中搅拌器的搅拌速度均为500r/min,获得质量浓度为7wt.%的氢氧化钠溶液备用。
S2,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为6wt.%的次亚磷酸钠溶液200g备用;即本实施例中实际参与反应的次亚磷酸钠为12g。
S3,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为10wt.%的过硫酸铵溶液210g备用;即本实施例中实际参与反应的过硫酸铵为21g。次硫酸铵与所述过硫酸铵的使用比例为质量比1:1.75。
S4,在(23±2)℃的环境下,取400g的固态单体投入到500g的水中,通过搅拌使固态单体完全溶于水中,获得质量浓度约为45wt.%的固态单体水溶液900g备用;本实施例中,固态单体为2-丙烯酰胺2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠,两者使用比例为质量比1:10。
S5,取具有流动性的液态单体70g备用;本实施例中,液态单体为甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸丁酯,两者使用比例为质量比1:20。
S5,将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体分别放入蠕动泵中,并将4个蠕动泵与反应釜相连接;采用单独的蠕动泵对单一一种溶液进行滴加,可以更好的控制滴入的速率,达到精准控制的目的。
S6,对反应釜进行加热,使其加热到处于反应温度70℃中,随后将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体通过蠕动泵分别添加到反应釜中,滴入速度通过滴入时间控制,进行水热反应,反应过程中搅拌器一直对反应釜内溶液进行该搅拌;本实施例中,次亚磷酸钠溶液的滴加时间为1h,对应蠕动泵的滴加速度为3.33g/min;过硫酸铵溶液的滴加时间为1.2h,对应蠕动泵的滴加速度为2.92g/min;固态单体溶液的滴加时间为2h,对应蠕动泵的滴加速度为7.5g/min;液态单体溶液的滴加时间为2h,对应蠕动泵的滴加速度为0.58g/min。开始反应时,同时开始滴加次亚磷酸钠溶液与过硫酸铵溶液,滴加3min后,同时开始滴加固态单体溶液与液态单体溶液,直至2h后反应结束。
S7,水热反应结束后,停止搅拌,对反应釜进行保温,保温温度为70℃,保温时间为5h。
S8,保温结束后自然冷却到50℃的调配温度时,加入浓度为20wt.%的磷酸溶液进行调配,将交反应釜中溶液的pH值调配为5.2。
S9,调配好的溶液自然冷却到室温后,转移至试剂瓶中储存,获得纳米碳酸钙用分散剂。
本发明实施例3的一种纳米碳酸钙用分散剂的制备方法,包括如下步骤:
S1,在(23±2)℃的环境下,将300g的水与10g的氢氧化钠加入到带有温度计的反应釜中,反应釜与搅拌器连接对反应釜内液体进行搅拌,在本实施例中搅拌器的搅拌速度均为1000r/min,获得质量浓度为3wt.%的氢氧化钠溶液备用。
S2,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为8wt.%的次亚磷酸钠溶液210g备用;即本实施例中实际参与反应的次亚磷酸钠为16.8g。
S3,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为9wt.%的过硫酸铵溶液250g备用;即本实施例中实际参与反应的过硫酸铵为22.5g。次硫酸铵与所述过硫酸铵的使用比例为质量比1:1.34。
S4,在(23±2)℃的环境下,取500g的固态单体投入到700g的水中,通过搅拌使固态单体完全溶于水中,获得质量浓度约为41wt.%的固态单体水溶液1200g备用;本实施例中,固态单体为丙烯酰胺和苯乙烯磺酸钠,两者使用比例为质量比1:5。
S5,取具有流动性的液态单体85g备用;本实施例中,液态单体为丙烯酸和甲基丙烯酸羟乙酯,两者使用比例为质量比5:1。
S5,将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体分别放入蠕动泵中,并将4个蠕动泵与反应釜相连接;采用单独的蠕动泵对单一一种溶液进行滴加,可以更好的控制滴入的速率,达到精准控制的目的。
S6,对反应釜进行加热,使其加热到处于反应温度85℃中,随后将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体通过蠕动泵分别添加到反应釜中,滴入速度通过滴入时间控制,进行水热反应,反应过程中搅拌器一直对反应釜内溶液进行该搅拌;本实施例中,次亚磷酸钠溶液的滴加时间为1.5h,对应蠕动泵的滴加速度为2.33g/min;过硫酸铵溶液的滴加时间为1.8h,对应蠕动泵的滴加速度为2.31g/min;固态单体溶液的滴加时间为3h,对应蠕动泵的滴加速度为6.67g/min;液态单体溶液的滴加时间为2.5h,对应蠕动泵的滴加速度为0.57g/min。开始反应时,同时开始滴加次亚磷酸钠溶液与过硫酸铵溶液,滴加5min后,开始滴加固态单体溶液,待固态单体溶液滴加30min后开始滴加液态单体溶液,直至2.5h后反应结束。
S7,水热反应结束后,停止搅拌,对反应釜进行保温,保温温度为80℃,保温时间为5.5h。
S8,保温结束后自然冷却到55℃的调配温度时,加入浓度为15wt.%的磷酸溶液进行调配,将交反应釜中溶液的pH值调配为6.0。
S9,调配好的溶液自然冷却到室温后,转移至试剂瓶中储存,获得纳米碳酸钙用分散剂。
本发明实施例4的一种纳米碳酸钙用分散剂的制备方法,包括如下步骤:
S1,在(23±2)℃的环境下,将400g的水与15g的氢氧化钠加入到带有温度计的反应釜中,反应釜与搅拌器连接对反应釜内液体进行搅拌,在本实施例中搅拌器的搅拌速度均为2000r/min,获得质量浓度为3.5wt.%的氢氧化钠溶液备用。
S2,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为10wt.%的次亚磷酸钠溶液240g备用;即本实施例中实际参与反应的次亚磷酸钠为24g。
S3,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为11wt.%的过硫酸铵溶液310g备用;即本实施例中实际参与反应的过硫酸铵为34.1g。次硫酸铵与所述过硫酸铵的使用比例为质量比1:1.42。
S4,在(23±2)℃的环境下,取650g的固态单体投入到850g的水中,通过搅拌使固态单体完全溶于水中,获得质量浓度约为43wt.%的固态单体水溶液1500g备用;本实施例中,固态单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠,三者使用比例为质量比10:2:4。
S5,取具有流动性的液态单体55g备用;本实施例中,液态单体为丙烯酸和丙烯酸羟丙酯,两者使用比例为质量比4:1。
S5,将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体分别放入蠕动泵中,并将4个蠕动泵与反应釜相连接;采用单独的蠕动泵对单一一种溶液进行滴加,可以更好的控制滴入的速率,达到精准控制的目的。
S6,对反应釜进行加热,使其加热到处于反应温度95℃中,随后将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体通过蠕动泵分别添加到反应釜中,滴入速度通过滴入时间控制,进行水热反应,反应过程中搅拌器一直对反应釜内溶液进行该搅拌;本实施例中,次亚磷酸钠溶液的滴加时间为2h,对应蠕动泵的滴加速度为2.00g/min;过硫酸铵溶液的滴加时间为2.4h,对应蠕动泵的滴加速度为2.15g/min;固态单体溶液的滴加时间为4h,对应蠕动泵的滴加速度为2.71g/min;液态单体溶液的滴加时间为1.5h,对应蠕动泵的滴加速度为0.61g/min。开始反应时,同时开始滴加次亚磷酸钠溶液与过硫酸铵溶液,滴加4min后,开始滴加固态单体溶液,待固态单体溶液滴加3h后开始滴加液态单体溶液,直至1.5h后反应结束。
S7,水热反应结束后,停止搅拌,对反应釜进行保温,保温温度为90℃,保温时间为3h。
S8,保温结束后自然冷却到60℃的调配温度时,加入浓度为25wt.%的磷酸溶液进行调配,将交反应釜中溶液的pH值调配为5.0。
S9,调配好的溶液自然冷却到室温后,转移至试剂瓶中储存,获得纳米碳酸钙用分散剂。
本发明实施例5的一种纳米碳酸钙用分散剂的制备方法,包括如下步骤:
S1,在(23±2)℃的环境下,将150g的水与12g的氢氧化钠加入到带有温度计的反应釜中,反应釜与搅拌器连接对反应釜内液体进行搅拌,在本实施例中搅拌器的搅拌速度均为4000r/min,获得质量浓度为7.5wt.%的氢氧化钠溶液备用。
S2,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为20wt.%的次亚磷酸钠溶液200g备用;即本实施例中实际参与反应的次亚磷酸钠为40g。
S3,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为30wt.%的过硫酸铵溶液150g备用;即本实施例中实际参与反应的过硫酸铵为45g。次硫酸铵与所述过硫酸铵的使用比例为质量比1:1.13。
S4,在(23±2)℃的环境下,取750g的固态单体投入到1000g的水中,通过搅拌使固态单体完全溶于水中,获得质量浓度约为43wt.%的固态单体水溶液1750g备用;本实施例中,固态单体为2-丙烯酰胺2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠,两者使用比例为质量比1:3。
S5,取具有流动性的液态单体70g备用;本实施例中,液态单体为丙烯酸。
S5,将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体分别放入蠕动泵中,并将4个蠕动泵与反应釜相连接;采用单独的蠕动泵对单一一种溶液进行滴加,可以更好的控制滴入的速率,达到精准控制的目的。
S6,对反应釜进行加热,使其加热到处于反应温度80℃中,随后将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体通过蠕动泵分别添加到反应釜中,滴入速度通过滴入时间控制,进行水热反应,反应过程中搅拌器一直对反应釜内溶液进行该搅拌;本实施例中,次亚磷酸钠溶液的滴加时间为3h,对应蠕动泵的滴加速度为1.11g/min;过硫酸铵溶液的滴加时间为4h,对应蠕动泵的滴加速度为0.63g/min;固态单体溶液的滴加时间为5h,对应蠕动泵的滴加速度为5.83g/min;液态单体溶液的滴加时间为2h,对应蠕动泵的滴加速度为0.58g/min。开始反应时,同时开始滴加次亚磷酸钠溶液与过硫酸铵溶液,滴加6min后,开始滴加固态单体溶液,待固态单体溶液滴加3.5h后开始滴加液态单体溶液,直至2h后反应结束。
S7,水热反应结束后,停止搅拌,对反应釜进行保温,保温温度为75℃,保温时间为4h。
S8,保温结束后自然冷却到55℃的调配温度时,加入浓度为20wt.%的磷酸溶液进行调配,将交反应釜中溶液的pH值调配为5.5。
S9,调配好的溶液自然冷却到室温后,转移至试剂瓶中储存,获得纳米碳酸钙用分散剂。
本发明实施例6的一种纳米碳酸钙用分散剂的制备方法,包括如下步骤:
S1,在(23±2)℃的环境下,将80g的水与20g的氢氧化钠加入到带有温度计的反应釜中,反应釜与搅拌器连接对反应釜内液体进行搅拌,在本实施例中搅拌器的搅拌速度均为6000r/min,获得质量浓度为20wt.%的氢氧化钠溶液备用。
S2,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为10wt.%的次亚磷酸钠溶液200g备用;即本实施例中实际参与反应的次亚磷酸钠为20g。
S3,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为30wt.%的过硫酸铵溶液330g备用;即本实施例中实际参与反应的过硫酸铵为99g。次硫酸铵与所述过硫酸铵的使用比例为质量比1:5。
S4,在(23±2)℃的环境下,取300g的固态单体投入到800g的水中,通过搅拌使固态单体完全溶于水中,获得质量浓度约为27wt.%的固态单体水溶液1100g备用;本实施例中,固态单体为2-丙烯酰胺2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠,两者使用比例为质量比1:3。
S5,取具有流动性的液态单体250g备用;本实施例中,液态单体为甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸羟丙酯,三者使用比例为质量比10:3:2。
S5,将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体分别放入蠕动泵中,并将4个蠕动泵与反应釜相连接;采用单独的蠕动泵对单一一种溶液进行滴加,可以更好的控制滴入的速率,达到精准控制的目的。
S6,对反应釜进行加热,使其加热到处于反应温度95℃中,随后将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体通过蠕动泵分别添加到反应釜中,滴入速度通过滴入时间控制,进行水热反应,反应过程中搅拌器一直对反应釜内溶液进行该搅拌;本实施例中,次亚磷酸钠溶液的滴加时间为4h,对应蠕动泵的滴加速度为0.83g/min;过硫酸铵溶液的滴加时间为4.5h,对应蠕动泵的滴加速度为1.22g/min;固态单体溶液的滴加时间为10h,对应蠕动泵的滴加速度为1.83g/min;液态单体溶液的滴加时间为6h,对应蠕动泵的滴加速度为0.69g/min。开始反应时,同时开始滴加次亚磷酸钠溶液与过硫酸铵溶液,滴加10min后,开始滴加固态单体溶液,待固态单体溶液滴加4h后开始滴加液态单体溶液,直至6h后反应结束。
S7,水热反应结束后,停止搅拌,对反应釜进行保温,保温温度为80℃,保温时间为5h。
S8,保温结束后自然冷却到60℃的调配温度时,加入浓度为20wt.%的磷酸溶液进行调配,将交反应釜中溶液的pH值调配为6.5。
S9,调配好的溶液自然冷却到室温后,转移至试剂瓶中储存,获得纳米碳酸钙用分散剂。
为了体现本发明中制品的有益效果,对实施例1-6制备得到的6种纳米碳酸钙用分散剂与目前市场上常用的一种广谱分散剂(编号为SHP-90)进行如下性能测试:
1.单体转化率
采用溴化法测定单体转化率。在酸性条件下,试样中游离单体的双键与溴起加成反应,过量的溴与碘化钾作用析出碘,再以淀粉为指示剂,用硫代硫酸钠标准滴定溶液在中性或弱酸性条件下滴定析出的碘,从而计算出游离总单体含量,单体转化率=(加入总单体质量-游离总单体含量)/加入总单体质量,测试结果见表1。
试样编号 | 外观 | 单体转化率 |
实施例1 | 淡黄色透明液体 | 97wt.% |
实施例2 | 淡黄色透明液体 | 96wt.% |
实施例3 | 淡黄色透明液体 | 98wt.% |
实施例4 | 淡黄色透明液体 | 97wt.% |
实施例5 | 淡黄色透明液体 | 97wt.% |
实施例6 | 淡黄色透明液体 | 95wt.% |
SHP-90 | 淡黄色透明液体 | 92wt.% |
由表1结果可以看出,本发明实施例1-6的纳米碳酸钙用分散剂合成工艺稳定,单体转化率高。
2.分子量及其分子量分布
以聚丙烯酸钠为标准物,采用高效液相凝胶渗透色谱测定实施例和对比样的分子量及其分子量分布,以重均分子量和分布指数分别表示分散剂的分子量和分子量分布情况,结果见表2。
试样编号 | 重均分子量 | 分布指数 |
实施例1 | 14250 | 1.05 |
实施例2 | 15610 | 1.1 |
实施例3 | 17901 | 1.2 |
实施例4 | 21087 | 1.4 |
实施例5 | 19007 | 1.3 |
实施例6 | 18701 | 1.3 |
SHP-90 | 35870 | 5.7 |
纳米碳酸钙的粒径大小及形貌特征决定了纳米碳酸钙用分散剂的分子量要在10000~30000之间,分子量分布越窄越好(即分布指数越小越好),才有可能获得比较好的分散效果。由表2可知,按照本发明的制备方法合成的实施例1-6的重均分子量都在10000~30000之间,且分布指数明显小于对照样品。
3.分散性能测试
在烧杯中加入称量好的清水和适量的分散剂,放在高速分散机下,开启电机进行慢速分散;将称量好的纳米碳酸钙粉末缓慢加入水中,逐渐升高电机转速,待纳米碳酸钙加完后,保持高速分散30min,取出备用;利用旋转粘度计,室温条件下测试分散液的粘度,粘度越低,说明分散性越好。同时测试了在形成均以、稳定分散液的前提下,分散液所能达到的最高固含量。
试样编号 | 分散液固含量 | 分散液状态 | 分散液粘度 (cp) |
实施例1 | 74wt.% | 均一、稳定的流体,流动性好,无泡沫,放置10天无明显分层现象 | 76 |
实施例2 | 78wt.% | 均一、稳定的流体,流动性好,无泡沫,放置10天无明显分层现象 | 72 |
实施例3 | 75wt.% | 均一、稳定的流体,流动性好,无泡沫,放置10天无明显分层现象 | 81 |
实施例4 | 81wt.% | 均一、稳定的流体,流动性好,无泡沫,放置10天无明显分层现象 | 77 |
实施例5 | 83wt.% | 均一、稳定的流体,流动性好,无泡沫,放置10天无明显分层现象 | 92 |
实施例6 | 79wt.% | 均一、稳定的流体,流动性好,无泡沫,放置10天无明显分层现象 | 85 |
SHP-90 | 60wt.% | 均一、稳定的流体,较为粘稠,有轻微泡沫,放置10天可观察到明显分层现象 | 301 |
由表3的实验结果可以看出,本发明的纳米碳酸钙用分散剂能够明显提高纳米碳酸钙分散液的固含量,对纳米碳酸钙具有很好的分散性能。
上述实验结果表明,本发明所制备的纳米碳酸钙用分散剂,具有单体转化率高、反应完全、工艺绿色环保、合成路线安全可控、分散性能好的特点。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种纳米碳酸钙用分散剂的制备方法,所述纳米碳酸钙用分散剂在氢氧化钠溶液中进行水热反应后形成,包括如下组分:
质量浓度为3~20wt.%的氢氧化钠溶液100~540质量份;
质量浓度为5~30 wt.%的次亚磷酸钠溶液200~250质量份;
质量浓度为9~40 wt.%的过硫酸铵溶液150~350质量份;
质量浓度为25~45wt.%的固态单体水溶液900~1750质量份;
具有流动性的液态单体50~250质量份;
质量浓度为15~25wt.%的磷酸溶液;
其中,所述固态单体水溶液通过固态单体融化于水中后制成,所述固定单体包括2-丙烯酰胺2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸钠和丙烯酰胺中的至少一种,所述液态单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸羟丙酯中的至少一种,所述磷酸溶液用于将制品的pH值调配为5.0~6.5;
其特征在于,包括如下步骤:
S1,在(23±2)℃的环境下,将80~500质量份的水与10~40质量份的氢氧化钠加入到带有温度计的反应釜中,反应釜与搅拌器连接对反应釜内液体进行搅拌,获得质量浓度为3~20wt.%的氢氧化钠溶液备用;
S2,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为5~30 wt.%的次亚磷酸钠溶液200~250质量份备用;
S3,在(23±2)℃的环境下,配置出质量浓度为9~40 wt.%的过硫酸铵溶液150~350质量份备用;
S4,在(23±2)℃的环境下,取300~750质量份的固态单体投入到500~1000质量份的水中,通过搅拌使固态单体完全溶于水中,获得质量浓度为25~45wt.%的固态单体水溶液900~1750质量份备用;
S5,取具有流动性的液态单体50~250质量份备用;
S5,将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体分别放入蠕动泵中,并将4个蠕动泵与反应釜相连接;
S6,对反应釜进行加热,使其加热到处于反应温度中,随后将次亚磷酸钠溶液、过硫酸铵溶液、固态单体水溶液以及液态单体通过蠕动泵分别添加到反应釜中,滴入速度通过滴加时间控制,进行水热反应,反应过程中搅拌器一直对反应釜内溶液进行该搅拌;
S7,水热反应结束后,停止搅拌,对反应釜进行保温,保温时间为1~10h;
S8,保温结束后自然冷却到调配温度时,加入质量浓度为15~25wt.%的磷酸溶液进行调配,将交反应釜中溶液的pH值调配为5.0~6.5之间;
S9,调配好的溶液自然冷却到室温后,转移至试剂瓶中储存,获得纳米碳酸钙用分散剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述次亚磷酸钠与所述过硫酸铵的使用比例为质量比1:1~1:5。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤S6中所述反应温度为70~95℃,所述搅拌器的搅拌速度为400~6000r/min。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤S6中,所述次亚磷酸钠溶液的滴加时间为0.5~3h,所述过硫酸铵溶液的滴加时间为0.6~4h,所述固态单体溶液和所述液态单体的滴加时间为1~10h,所述次亚磷酸钠溶液与所述过硫酸铵溶液同时开始滴入,在所述次亚磷酸钠溶液与所述过硫酸铵溶液滴入1~10min后先后或同时滴入所述固态单体溶液与所述液态单体,直至反应结束时滴完。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的制备方法,其特征在于:所述步骤S7中,所述反应釜的保温温度为60~95℃。
6.根据权利要求1~4任意一项所述的制备方法,其特征在于:所述步骤S8中,所述调配温度为40~70℃。
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