一種碳酸鈣表面改性的方法
2023-10-18 02:23:44
專利名稱：一種碳酸鈣表面改性的方法
技術領域：
本發明涉及一種碳酸鈣表面改性的方法，特別是一種適用於在室溫下進行碳酸鈣 表面改性的方法。
背景技術：
碳酸鈣是一種重要的無機化工產品，被廣泛地應用於橡膠、塑料、造紙、塗料、油 墨、醫藥等工業中。隨著碳酸鈣粒子的專用化和納米化，其本身的缺陷極大限制了它的應 用一是CaCO3S子粒徑越小，表面上的原子數越多，則表面能越高，吸附作用越強，各個粒 子間相互團聚；二是CaCO3作為一種無機填料，粒子表面親水疏油，與有機高聚物的親和性 差、易形成聚集體，造成高聚物內部缺陷、力學性能變差。為了提高碳酸鈣的填充性能，必須 採用有效的工藝及表面改性方法對碳酸鈣進行表面改性。對碳酸鈣的表面改性，目前基本分為兩種，一是幹法改性，將成品或已乾燥粉碎的 碳酸鈣粉體與表面處理劑在一定溫度和比例下捏合固相活化反應而得，如專利CN1803937A 公開的幹法機械力化學超細改性碳酸鈣的方法。幹法改性特點是工藝簡單、生產成本低，但 粒徑大、分散性差、應用性能改善效果不明顯。另一是溼法改性，在已碳酸化完成的碳酸鈣 乳液中加入表面處理劑在一定溫度、濃度和比例下液相活化反應而得。在專利CN1334848A 公開了一種表面改性納米碳酸鈣的製備方法，專利CN1654551A公開了一種納米碳酸鈣的 改性方法，都是採用溼法改性。這些方法特點是碳酸鈣顆粒改性分布較均勻、分散性較好、 應用性能明顯改善，但工藝過程長、投資大、電耗能耗高。無論是幹法改性還是溼法改性，在碳酸鈣改性工藝中，表面處理劑的性質決定了 碳酸鈣改性的工藝過程。目前表面處理劑根據其結構與特性可以分為表面活性劑、偶聯劑、 聚合物和無機物。專利CN1400167A公開的一種表面改性納米碳酸鈣的製備方法，採用飽和 脂肪酸鈉鹽作為表面處理劑，反應溫度為30-80°C。專利CN1654551A公開了一種納米碳酸 鈣的改性方法，採用雙子星表面活性劑二磷酸酯鹽作為改性劑，反應溫度為50-10(TC。專 利CN1438178A公開了一種納米活性碳酸鈣的製備方法，採用有機無機複合的改性方法，先 在碳酸鈣表面包覆氧化鋁，然後採用硬脂酸和十二烷基苯磺酸鈉進行有機化處理，處理溫 度為 70-80°C。可見，出於對提高改性效果的考慮，在改性過程中一般都要通過加熱工藝來提高 表面處理劑在水溶液中的溶解度和分散性，使表面處理劑很好的與親水性的碳酸鈣表面結 合，從而提高表面處理劑的改性效率。長碳鏈油脂分子是含雙鍵的天然植物油的主要成分，熔點較低。董鵬飛等人採用 競爭原位的方法，以皂化的椰子油製備活性碳酸鈣[董鵬飛等，競爭原位製備活性碳酸鈣， 河北工業大學學報，2008，37 (6)，37-40]，最佳的活化溫度大於30度。採用該方法不但環保 而且節約生產成本。由於有機_無機性質上的差異，油脂分子直接用於碳酸鈣改性同樣面 臨相容性，及其在水中的溶解分散性的問題。文獻報導的椰子油用量要大於碳酸鈣1.5%才 能實現理想的活化度。而對於有些油脂分子，如棕櫚油等熔點達40度，仍然需要給予一定的加溫措施才能實現對碳酸鈣的改性。因此，在碳酸鈣改性的工藝過程中，如果能實現一種能夠在室溫狀態下對對碳酸 鈣進行表面改性的方法，且這種方法能夠適應隨環境、季節、地域不斷波動的室溫，將能夠 大幅度改進碳酸鈣改性工藝過程，真正實現環保、低能耗。
發明內容
本發明的目的在於提供一種碳酸鈣表面改性的方法，實現一種無需加熱的在室溫 下進行的碳酸鈣表面改性；該方法所採用的表面處理劑室溫下在水中有良好的分散性，將 該表面處理劑加入輕質碳酸鈣或沉澱碳酸鈣碳酸化反應後的漿液中，經高速剪切力的作用 使有機分子均勻包覆於碳酸鈣顆粒表面，油脂分子通過物理吸附及與碳酸鈣表面羥基作用 均勻包裹在碳酸鈣顆粒表面，形成緻密的包覆層，同時抑制碳酸鈣晶體生長和二次聚集。為了達到上述目的，本發明採用的技術方案步驟如下在輕質碳酸鈣或沉澱碳酸鈣的生產工藝中，在碳酸化反應後加入表面處理劑，反 應過程中以500-1200轉/分鐘高速攪拌0. 5-2小時對碳酸鈣進行表面處理，反應後碳酸 鈣乳液經脫水、乾燥、粉碎和包裝即得成品改性碳酸鈣；其特徵在於所述表面處理劑由含 C12-C22的不飽和脂肪酸甘油脂的植物油與低級醇醚助溶劑組成的表面處理劑。所述的植物油是單一的或混合的植物油。所述的低級醇醚助溶劑為水溶性的C4 C8的低級醇醚。所述的低級醇醚助溶劑是乙二醇單丁醚，二乙二醇單丁醚，丙二醇單甲醚或二丙
二醇甲醚。所述的植物油按相對成品改性碳酸鈣的重量百分比為0. 80 3. 0% ；所述的低級醇醚助溶劑按相對植物油的重量百分比為10% -50% ；本發明具有的有益效果是本發明以主要成分為含C12-C22的不飽和脂肪酸甘油脂的植物油，以及水溶性的 C4 C8的低級醇醚助溶劑組成表面處理劑，實現碳酸鈣在室溫下的表面改性。助溶劑的使 用促進了油脂在碳酸鈣水相體系中的分散性和相容性，同時也降低了油脂的粘度，因此具 有良好的碳酸鈣表面改性效果。經高速剪切力的作用使有機分子均勻包覆於碳酸鈣顆粒表 面，油脂分子通過物理吸附及與碳酸鈣表面羥基作用包裹在碳酸鈣顆粒表面，形成緻密的 包覆層，同時抑制碳酸鈣晶體生長和二次聚集。該方法的應用可以實現碳酸鈣在室溫下的 表面改性。得到的改性碳酸鈣產品分散良好，包覆後吸油值降低，活化度明顯改善。採用該 方法，可以很大程度地簡化和優化碳酸鈣表面改性工藝過程，實現反應過程工藝簡化、設備 簡化、反應條件溫和、環保，低能耗，降低生產成本。
具體實施例方式對比例1 輕質碳酸鈣碳酸化反應後漿液lOOOg，內含固體碳酸鈣200g。表面處理劑為1. 6g 棕櫚油，不加低級醇醚助溶劑；棕櫚油主要含C16和C18的不飽和脂肪酸甘油脂；棕櫚油相 對成品改性碳酸鈣的重量百分比計為0.8%。常溫下，將棕櫚油加入上述碳酸鈣漿液，以 500轉/分鐘的攪拌速率攪拌2小時。反應結束後，將反應漿料經脫水、乾燥、粉碎和包裝即
4得成品。改性後碳酸鈣吸油值測定為58mL/100g，比改性前碳酸鈣吸油值(71mL/100g)降 低了 13mL/100g。根據GBT 19281-2003測定碳酸鈣的活化度，改性後碳酸鈣活化度測定為 55%。對比例2:沉澱碳酸鈣碳酸化反應後漿液lOOOg，內含固體碳酸鈣150g。表面處理劑為4. 5g 椰子油，不加低級醇醚助溶劑；椰子油主要含C12和C14的不飽和脂肪酸甘油脂；椰子油相 對成品改性碳酸鈣的重量百分比計為3.0%。常溫下，將椰子油加入上述碳酸鈣漿液，以 1200轉/分鐘的攪拌速率攪拌0. 5小時。反應結束後，將反應漿料經脫水、乾燥、粉碎和包 裝即得成品。改性後碳酸鈣吸油值測定為55mL/100g，比改性前碳酸鈣吸油值(69mL/100g) 降低了 14mL/100g。根據GBT 19281-2003測定碳酸鈣的活化度，改性後碳酸鈣活化度測定 為 45%。實施例1 輕質碳酸鈣碳酸化反應後漿液lOOOg，內含固體碳酸鈣200g。表面處理劑為1. 6g 棕櫚油，0. 16g助溶劑二乙二醇單丁醚；棕櫚油主要含C16和C18的不飽和脂肪酸甘油脂； 棕櫚油相對成品改性碳酸鈣的重量百分比計為0. 8% ；二乙二醇單丁醚相對於棕櫚油的重 量比為10%。常溫下，將表面處理劑加入上述碳酸鈣漿液，以500轉/分鐘的攪拌速率攪 拌2小時。反應結束後，將反應漿料經脫水、乾燥、粉碎和包裝即得成品。改性後碳酸鈣吸 油值測定為30mL/100g，比改性前碳酸鈣吸油值(70mL/100g)降低了 40mL/100g。根據GBT 19281-2003測定碳酸鈣的活化度，改性後碳酸鈣活化度測定為93%。實施例2 沉澱碳酸鈣碳酸化反應後漿液lOOOg，內含固體碳酸鈣200g。表面處理劑為6. Og 椰子油，3. Og助溶劑乙二醇單丁醚；椰子油主要含C12和C14的不飽和脂肪酸甘油脂；椰 子油相對成品改性碳酸鈣的重量百分比計為3% ；乙二醇單丁醚相對於椰子油的重量比為 50%。常溫下，將表面處理劑加入上述碳酸鈣漿液，以800轉/分鐘的攪拌速率攪拌1小時。 反應結束後，將反應漿料經脫水、乾燥、粉碎和包裝即得成品。改性後碳酸鈣吸油值測定為 34mL/100g，比改性前碳酸鈣吸油值(71mL/100g)降低了 37mL/100g。根據 GBT 19281-2003 測定碳酸鈣的活化度，改性後碳酸鈣活化度測定為95%。實施例3 輕質碳酸鈣碳酸化反應後漿液lOOOg，內含固體碳酸鈣250g。表面處理劑為2g 椰子油，1.75g棕櫚油，0. 75g助溶劑丙二醇單甲醚；椰子油和棕櫚油的總和相對成品改性 碳酸鈣的重量百分比計為1.5% ；丙二醇單甲醚相對於椰子油和棕櫚油的總和的重量比為 20%。常溫下，將表面處理劑加入上述碳酸鈣漿液，以1200轉/分鐘的攪拌速率攪拌0. 5 小時。反應結束後，將反應漿料經脫水、乾燥、粉碎和包裝即得成品。改性後碳酸鈣吸油 值測定為29mL/100g，比改性前碳酸鈣吸油值(75mL/100g)降低了 46mL/100g。根據GBT 19281-2003測定碳酸鈣的活化度，改性後碳酸鈣活化度測定為100%。
權利要求
一種碳酸鈣表面改性的方法，其特徵在於在輕質碳酸鈣或沉澱碳酸鈣的生產工藝中，在碳酸化反應後加入表面處理劑，反應過程中以500 1200轉/分鐘高速攪拌0.5 2小時對碳酸鈣進行表面處理，反應後碳酸鈣乳液經脫水、乾燥、粉碎和包裝即得成品改性碳酸鈣；其特徵在於所述表面處理劑由含C12 C22的不飽和脂肪酸甘油脂的植物油與低級醇醚助溶劑組成的表面處理劑。
2.根據權利要求1所述的一種碳酸鈣表面改性的方法，其特徵在於所述的植物油是 單一的或混合的植物油。
3.根據權利要求1所述的一種碳酸鈣表面改性的方法，其特徵在於所述的低級醇醚 助溶劑為水溶性的C4 C8的低級醇醚。
4.根據權利要求1或3所述的一種碳酸鈣表面改性的方法，其特徵在於所述的低級 醇醚助溶劑是乙二醇單丁醚，二乙二醇單丁醚，丙二醇單甲醚或二丙二醇甲醚。
5.根據權利要求1所述的一種碳酸鈣表面改性的方法，其特徵在於所述的植物油按 相對成品改性碳酸鈣的重量百分比為0. 80 3. 0% ；
6.根據權利要求1所述的一種碳酸鈣表面改性的方法，其特徵在於所述的低級醇醚 助溶劑按相對植物油的重量百分比為10% -50%。
全文摘要
本發明公開了一種碳酸鈣表面改性的方法。在輕質碳酸鈣或沉澱碳酸鈣碳酸化反應後的漿液中，加入表面處理劑。該處理劑採用不飽和長碳鏈植物油與助溶劑組成。以500-1200轉/分鐘高速攪拌0.5-2小時對碳酸鈣進行表面處理，反應後碳酸鈣乳液經脫水、乾燥、粉碎和包裝即得成品改性碳酸鈣。本發明所述的表面處理劑常溫下在水中有良好的分散性，經高速剪切力的作用，通過物理吸附及碳酸鈣表面羥基作用均勻作用於碳酸鈣顆粒表面，抑制碳酸鈣晶體生長和二次聚集，所以經改性的碳酸鈣粒徑均一、分散性良好、與有機高聚物有很好的親和性，具有良好的填充性能。本發明採用液態表面處理劑，使碳酸鈣改性反應過程無需加熱，反應過程低能耗、環保。
文檔編號C09C3/08GK101914311SQ20101024226
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者周志勝, 嶽林海, 張仁瀚, 金達萊 申請人:浙江常山金雄有限公司