CN1400167A - 一种表面改性纳米碳酸钙的制备方法 - Google Patents

一种表面改性纳米碳酸钙的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种表面改性纳米碳酸钙的制备方法，其特点是：在以氧化钙和二氧化碳气为原料合成纳米碳酸钙碳化反应后进行两步表面改性处理，第一步是采用饱和脂肪酸钠盐作为表面改性剂，其分子式为CH3(CH2)nCOONa(n＝10，12，14，16，18)，用量为碳酸钙重量的3－6％。第二步是继续加入一种水溶性二价金属盐作为表面改性剂，如CaCl2、MgCl2、BaCl2和MgSO4等，用量为碳酸钙重量的0.5－2.5％。按本方法制备的表面改性纳米碳酸钙在有机溶剂中具有更好的分散性，作为补强剂可以进一步改善塑料、橡胶、高分子树脂等产品的性能。

Description

一种表面改性纳米碳酸钙的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种表面改性纳米碳酸钙的制备方法。
背景技术：
纳米碳酸钙是指平均粒径在1-100nm之间的碳酸钙，可作为塑料、橡胶、高分子树脂等的补强剂，改善产品的性能，提高产品的质量。通常碳酸钙粒子表面是亲水的，在高分子材料中不能很好地分散，需要进行表面改性以改善其与高分子材料的相容性。目前工业生产上主要采用脂肪醇或脂肪酸作为改性剂提高碳酸钙的分散性，但分散性仍不能满足应用的需要。
发明内容：
本发明根据胶体稳定性理论，提供一种可改善其与高分子材料相容性的表面改性纳米碳酸钙的制备方法。
本发明的技术方案是：
第一步：在30-80℃条件下，向CaO含量为3-10％的石灰乳浊液中通入20-40％浓度的CO2，当碳化反应完成后，首先加入一种饱和脂肪酸钠盐，其用量为碳酸钙重量的3-6％，搅拌20-180min；
第二步：继续加入一种水溶性的二价金属盐，用量为碳酸钙重量的0.5-2.5％，继续搅拌10-120min后，陈化30-400min，过滤，并在30-90℃条件下干燥即得产物。
上述技术方案中饱和脂肪酸钠盐的分子式为CH3(CH2)nCOONa(n＝10，12，14，16，18)，水溶性二价金属盐可以是CaCl2、MgCl2、BaCl2和MgSO4。
本发明的技术方案中加入长链脂肪酸盐，除了改变粒子表面的亲疏水性质之外，还可以有效的防止粒子间由于碰撞而产生的粘连；加入可溶性二价金属盐，不仅使碳酸钙粒子表面的电荷增加，使双电层的稳定性提高，而且吸附的二价离子易于和脂肪酸成键，从而提高脂肪酸在粒子表面的的吸附量和吸附强度。按本方法制备的纳米碳酸钙在有机溶剂中具有更好的分散性，作为补强剂可以进一步改善塑料、橡胶、高分子树脂等产品的性能。
实施例1
取100gCaO，加入900ml去离子水，加热至60℃，充分搅拌下通入35％的CO2，速率为4l/min，反应80min碳化完毕后停止通气，将6g硬脂酸钠溶解在100ml温度为70℃的热水中后，加入到上述体系中，继续搅拌60min后，加入2gCaCl2，20min后停止搅拌、加热，在室温下放置350min后，过滤，并在60℃下干燥，得到平均粒径为80nm的表面改性的立方形纳米碳酸钙。
实施例2
取70gCaO，加入930ml去离子水，加热至40℃，充分搅拌下通入25％的CO2，速率为2l/min，反应200min碳化完毕后停止通气，将3g棕榈酸钠溶解在100ml温度为50℃的热水中后，加入到上述体系中，搅拌180min后，加入0.6gMgSO4，90min后停止搅拌、加热，在室温下放置40min后，过滤，并在80℃下干燥，得到平均粒径为90nm长度约为1μm的表面改性的针状纳米碳酸钙。
实施例3
取35gCaO，加入965ml去离子水，加热至80℃，充分搅拌下通入30％的CO2，速率为1.5l/min，反应70min碳化完毕后停止通气，将3.6g二十酸钠溶解在100ml温度为80℃的热水中后，加入到上述体系中，继续搅拌30min后，加入1.2gBaCl2，60min后停止搅拌、加热，在室温下放置120min后，过滤，并在40℃下干燥，得到平均粒径为40nm的表面改性的立方形纳米碳酸钙。
实施例4
将实施例1中的硬脂酸钠换成十二酸钠，CaCl2换成MgCl2，其它条件完全相同。
实施例5
将实施例1中的硬脂酸钠换为十四酸钠，其它条件完全相同。
评价：实施例1制备的表面改性的纳米碳酸钙经过在正己烷中的沉降实验(1g碳酸钙，24ml正己烷)，结果表明：只经硬脂酸钠表面改性处理的纳米碳酸钙其沉降单元直径为5μm，而经硬脂酸钠和CaCl2先后依次表面改性处理的纳米碳酸钙其沉降单元直径减小到1.8μm。
实施例2制备的表面改性的纳米碳酸钙经过在正己烷中的沉降实验(1g碳酸钙，24ml正己烷)，结果表明：只经硬脂酸钠表面改性处理的针状纳米碳酸钙其沉降单元直径为36μm，而经棕榈酸钠和MgSO4先后依次表面改性处理的纳米碳酸钙其沉降单元直径减小到15μm。
将实施例3制备的表面改性的纳米碳酸钙25g分散在75g邻苯二甲酸二丁酯监测混合物的粘度变化(DV-1型粘度计，上海群昶科学仪器有限公司)，结果表明：混合后粘度为20000mPa.s，两周内粘度仅在20000±2500mPa.s之间变化。而经二十酸钠表面改性处理未经BaCl2表面改性处理的40nm立方形碳酸钙在同样条件下与邻苯二甲酸二丁酯混合后其粘度为28000mPa.s，两周内粘度变化范围为28000±7000mPa.s。
将实施例4制备的表面改性的纳米碳酸钙经过在正己烷中的沉降实验(1g碳酸钙，24ml正己烷)，结果表明：经两步表面改性处理的80nm立方形纳米碳酸钙其沉降单元直径为2.1μm。
将实施例5制备的表面改性的纳米碳酸钙经过在正己烷中的沉降实验(1g碳酸钙，24ml正己烷)，结果表明：经两步表面改性处理的80nm立方形纳米碳酸钙其沉降单元直径为2.0μm。

Claims (4)

1、一种表面改性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：利用氧化钙和二氧化碳合成纳米碳酸钙碳化反应后进行两步活化处理，第一步加入一种饱和脂肪酸钠盐，第二步加入一种水溶性二价金属盐。
2、按照权利要求1所述的一种表面改性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：饱和脂肪酸钠盐的分子式为CH3(CH2)nCOONa(n＝10，12，14，16，18)。
3、按照权利要求1所述的一种表面改性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：水溶性二价金属盐可以是CaCl2、MgCl2、BaCl2和MgSO4。
4、按照权利要求1所述的一种表面改性纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：碳化反应完成后第一步加入的饱和脂肪酸钠盐的用量为碳酸钙重量的3-6％，第二步加入可溶性二价金属盐的用量为碳酸钙重量的0.5-2.5％。
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