一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810791023.7 (22)申请日 2018.07.18 (71)申请人 安徽杨柳青钙业科技股份有限公司 地址 242000 安徽省宣城市宣州区狸桥镇 同意村 (72)发明人 杨建顺杨建林 (74)专利代理机构 合肥东信智谷知识产权代理 事务所(普通合伙) 34143 代理人 王学勇 (51)Int.Cl. C09C 1/02(2006.01) C09C 3/08(2006.01) C01F 11/18(2006.01) B82Y 30/00(2011.01) (54)

2、发明名称 一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺 (57)摘要 本发明公开了一种超细表面改性纳米碳酸 钙的制备工艺， 包括以下步骤： (1)将氢氧化钙悬 浮液进行碳化， 并加入硫酸钠与柠檬酸钠混合晶 形调节剂， 直至浆料pH7.0， 得到纳米碳酸钙浆 料； (2)向纳米碳酸钙浆料中加入分散剂， 搅拌并 控温， 保温； (3)向步骤(2)纳米碳酸钙浆料中加 入表面改性剂， 控温并超声振荡； (4)将经过表面 处理后的纳米碳酸钙浆料先后经压滤和离心脱 水、 干燥、 解聚和过筛， 得成品超细表面改性纳米 碳酸钙。 本发明的制备工艺能防止纳米碳酸钙团 聚， 增强了纳米碳酸钙表面的疏水性和相容性， 使其易

3、于在聚合物中分散， 制备过程中硬质酸钠 皂液既作为乳化剂又作为皂化剂， 反应皂化率 高， 原料利用率高。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 108912741 A 2018.11.30 CN 108912741 A 1.一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 其特征在于， 包括以下步骤： (1)向氢氧化钙悬浮液中通入二氧化碳进行碳化， 并同时加入硫酸钠与柠檬酸钠混合 晶形调节剂， 直至浆料pH7.0， 得到纳米碳酸钙浆料； (2)向纳米碳酸钙浆料中加入分散剂， 搅拌并控温， 保温2030min； (3)向步骤(2)纳米碳酸钙浆料中加入表面改性剂， 控温并超声振荡3060min； (4

4、)将经过表面处理后的纳米碳酸钙浆料先后经压滤和离心脱水、 干燥、 解聚和过筛， 得成品超细表面改性纳米碳酸钙。 2.如权利要求1所述的一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 其特征在于， 所述步 骤(2)中分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、 N-硬脂基芥酸酰胺、 磺基甜菜碱中的至少一种。 3.如权利要求1所述的一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 其特征在于， 所述步 骤(2)中搅拌速率为100200r/min。 4.如权利要求1所述的一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 其特征在于， 所述步 骤(2)中搅拌温度为4060。 5.如权利要求1所述的一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 其特征在于

5、， 所述步 骤(3)中的表面改性剂的制备方法为： 将去离子水加热至100， 加硬质酸钠皂液， 搅拌均匀 后加入硬脂酸， 反应35h， 最后加入加入烧碱， 洗涤、 脱水、 烘干即得表面改性剂。 6.如权利要求1所述的一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 其特征在于， 所述表 面改性剂的制备方法中硬质酸钠皂液的浓度为2545。 7.如权利要求1所述的一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 其特征在于， 所述步 骤(3)中超声振荡的频率为200300kHz。 8.如权利要求1所述的一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 其特征在于， 所述步 骤(3)中控温为5060。 权利要求书 1/1 页 2

6、CN 108912741 A 2 一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺 技术领域 0001 本发明涉及碳酸钙制备技术领域， 特别涉及一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备 工艺。 背景技术 0002 碳酸钙是一种用途广泛的无机盐工业产品， 可作为填充和改性改质材料， 工业上 常用于用于塑料、 橡胶、 油漆、 胶黏剂、 造纸及食品加工、 制药等行业， 与人们的日常生活有 着密切的关系。 0003 纳米碳酸钙是指尺寸在纳米数量级的碳酸钙， 从晶型上可分为纺锤体、 针型、 球 型、 立方型、 链状等， 是20世纪80年代发展起来的一种新型超细固体无机化工材料。 由于纳 米碳酸钙粒子的超细化， 其晶体结构和

7、表面电子结构发生了变化， 产生了普通碳酸钙所不 具有的小尺寸效应、 表面与界面效应、 量子尺寸效应、 宏观量子隧道效应， 在磁性、 催化剂、 光热阻和熔点等方面具有比常规材料优越的性能。 0004 纳米碳酸钙直接应用于工业产品时， 由于其表面亲水疏油， 呈强极性， 在有机介质 中难以均匀分散， 与基料的结合力差， 易造成界面缺陷， 导致材料性能下降； 另外， 纳米碳酸 钙粒子粒径越小， 表面上的原子数越多， 表面能越高， 吸附作用越强， 处于热力学非稳定状 态， 各粒子间易互相团聚， 无法在聚合物基体中很好的分散， 从而影响纳米粒子的实际应用 效果。 0005 目前， 工业上改性方法包括干法改

8、性和湿法改性， 其中湿法改性主要用脂肪酸 (盐)为表面改性剂， 但脂肪酸(盐)具有较强的疏水作用， 需要较高机械力和较高温度才能 获得较好的分散效果， 但这样的表面处理过程会造成成本过高， 而且纳米碳酸钙局部团聚 难以解决， 粒子间硬团聚不可避免。 发明内容 0006 本发明针对现有技术存在的不足， 提供了一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工 艺， 具体技术方案如下： 0007 一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 包括以下步骤： 0008 (1)向氢氧化钙悬浮液中通入二氧化碳进行碳化， 并同时加入硫酸钠与柠檬酸钠 混合晶形调节剂， 直至浆料pH7.0， 得到纳米碳酸钙浆料； 0009 (2)

9、向纳米碳酸钙浆料中加入分散剂， 搅拌并控温， 保温2030min； 0010 (3)向步骤(2)纳米碳酸钙浆料中加入表面改性剂， 控温并超声振荡3060min； 0011 (4)将经过表面处理后的纳米碳酸钙浆料先后经压滤和离心脱水、 干燥、 解聚和过 筛， 得成品超细表面改性纳米碳酸钙。 0012 作为本发明的进一步改进， 所述步骤(2)中分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、 N-硬脂基 芥酸酰胺、 磺基甜菜碱中的至少一种。 0013 作为本发明的进一步改进， 所述步骤(2)中搅拌速率为100200r/min。 说明书 1/4 页 3 CN 108912741 A 3 0014 作为本发明的进一步改进，

10、 所述步骤(2)中搅拌温度为4060。 0015 作为本发明的进一步改进， 所述步骤(3)中的表面改性剂的制备方法为： 将去离子 水加热至100， 加硬质酸钠皂液， 搅拌均匀后加入硬脂酸， 反应35h， 最后加入加入烧碱， 洗涤、 脱水、 烘干即得表面改性剂。 0016 作为本发明的进一步改进， 所述表面改性剂的制备方法中硬质酸钠皂液的浓度为 2545。 0017 作为本发明的进一步改进， 所述步骤(3)中超声振荡的频率为 200300kHz。 0018 作为本发明的进一步改进， 所述步骤(3)中控温为5060。 0019 本发明的有益效果： 本发明在对纳米碳酸钙进行表面改性之前对其进行初步活

11、 化， 利用分散剂的高分散性和相容性得到具有流动性和分散性的纳米碳酸钙， 防止纳米碳 酸钙团聚， 降低表面改性过程中的机械阻力， 提高后期改性纳米碳酸钙的性能； 改性后的纳 米碳酸钙表面包覆了硬脂酸盐， 并与纳米碳酸钙形成化学吸附， 增强了纳米碳酸钙表面的 疏水性， 使其易于在聚合物中分散， 减少了纳米粒子的团聚； 改性所用的硬脂酸盐在制备过 程中， 硬质酸钠皂液既作为乳化剂又作为皂化剂， 反应皂化率高， 原料利用率高。 附图说明 0020 图1是本发明各实施例对应的吸油率、 粘度和接触角； 具体实施例 0021 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合实施例， 对本发明

12、进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于 限定本发明。 0022 实施例1 0023 一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 包括以下步骤： 0024 (1)向300kg氢氧化钙悬浮液中通入3m3/min二氧化碳进行碳化， 并同时加入2kg硫 酸钠与柠檬酸钠混合晶形调节剂， 直至浆料pH7.0， 得到纳米碳酸钙浆料； 0025 (2)向纳米碳酸钙浆料中加入2.5kg乙烯基双硬脂酰胺， 以100r/min 拌并控温40 ， 保温2030min； 0026 (3)向步骤(2)纳米碳酸钙浆料中加入4kg表面改性剂， 控温50并200kHz下超声 振荡30

13、min； 0027 (4)将经过表面处理后的纳米碳酸钙浆料先后经压滤和离心脱水、 干燥、 解聚和过 筛， 得成品超细表面改性纳米碳酸钙。 0028 本实施例中， 所述表面改性剂的制备方法为： 将去离子水加热至100， 加浓度为 25的硬质酸钠皂液， 搅拌均匀后加入硬脂酸， 反应3h， 最后加入加入烧碱， 洗涤、 脱水、 烘 干即得表面改性剂。 0029 实施例2 0030 一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 包括以下步骤： 0031 (1)向300kg氢氧化钙悬浮液中通入3m3/min的二氧化碳进行碳化， 并同时加入2kg 硫酸钠与柠檬酸钠混合晶形调节剂， 直至浆料pH7.0， 得到纳米碳

14、酸钙浆料； 说明书 2/4 页 4 CN 108912741 A 4 0032 (2)向纳米碳酸钙浆料中加入2.5kgN-硬脂基芥酸酰胺， 以150r/min 拌并控温50 ， 保温25min； 0033 (3)向步骤(2)纳米碳酸钙浆料中加入4kg表面改性剂， 控温55并250kHz下超声 振荡45min； 0034 (4)将经过表面处理后的纳米碳酸钙浆料先后经压滤和离心脱水、 干燥、 解聚和过 筛， 得成品超细表面改性纳米碳酸钙。 0035 本实施例中， 所述表面改性剂的制备方法为： 将去离子水加热至100， 加浓度为 35的硬质酸钠皂液， 搅拌均匀后加入硬脂酸， 反应4h， 最后加入加入

15、烧碱， 洗涤、 脱水、 烘 干即得表面改性剂。 0036 实施例3 0037 一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 包括以下步骤： 0038 (1)向300kg氢氧化钙悬浮液中通入3m3/min的二氧化碳进行碳化， 并同时加入2kg 硫酸钠与柠檬酸钠混合晶形调节剂， 直至浆料pH7.0， 得到纳米碳酸钙浆料； 0039 (2)向纳米碳酸钙浆料中加入2.5kg磺基甜菜碱， 以200r/min拌并控温60， 保温 30min； 0040 (3)向步骤(2)纳米碳酸钙浆料中加入4kg表面改性剂， 控温60并于300kHz下超 声振荡60min； 0041 (4)将经过表面处理后的纳米碳酸钙浆料先后

16、经压滤和离心脱水、 干燥、 解聚和过 筛， 得成品超细表面改性纳米碳酸钙。 0042 本实施例中， 所述表面改性剂的制备方法为： 将去离子水加热至100， 加浓度为 45的硬质酸钠皂液， 搅拌均匀后加入硬脂酸， 反应5h， 最后加入加入烧碱， 洗涤、 脱水、 烘 干即得表面改性剂。 0043 对比例1 0044 一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 包括以下步骤： 0045 (1)向300kg氢氧化钙悬浮液中通入3m3/min二氧化碳进行碳化， 并同时加入2kg硫 酸钠与柠檬酸钠混合晶形调节剂， 直至浆料pH7.0， 得到纳米碳酸钙浆料； 0046 (2)向纳米碳酸钙浆料中加入4kg表面改性

17、剂， 控温60并于300kHz 下超声振荡 60min； 0047 (3)将经过表面处理后的纳米碳酸钙浆料先后经压滤和离心脱水、 干燥、 解聚和过 筛， 得成品超细表面改性纳米碳酸钙。 0048 本实施例中， 所述表面改性剂的制备方法为： 将去离子水加热至100， 加浓度为 45的硬质酸钠皂液， 搅拌均匀后加入硬脂酸， 反应5h， 最后加入加入烧碱， 洗涤、 脱水、 烘 干即得表面改性剂。 0049 对比例2 0050 一种超细表面改性纳米碳酸钙的制备工艺， 包括以下步骤： 0051 (1)向300kg氢氧化钙悬浮液中通入3m3/min二氧化碳进行碳化， 并同时加入2kg硫 酸钠与柠檬酸钠混合

18、晶形调节剂， 直至浆料pH7.0， 得到纳米碳酸钙浆料； 0052 (2)将纳米碳酸钙浆料先后经压滤和离心脱水、 干燥、 解聚和过筛， 得成品超细表 面改性纳米碳酸钙。 说明书 3/4 页 5 CN 108912741 A 5 0053 对实施例13以及对比例1、 2所得的超细表面改性纳米碳酸钙进行数据测量， 详 见图1。 图1表明， 分散剂能在一定程度上改善纳米碳酸钙的吸油率、 粘度和接触角， 而表面 改性剂在根本上改变了纳米碳酸钙的各项性能， 使得纳米碳酸钙作为填充剂是能产生更好 的补强效果。 0054 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 108912741 A 6 图1 说明书附图 1/1 页 7 CN 108912741 A 7