一種接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑改性的形貌可控納米碳酸鈣粉體及其製備方法與流程

2023-08-08 10:02:56 4

本發明涉及改性碳酸鈣技術領域，尤其涉及一種接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑改性的形貌可控納米碳酸鈣粉體及其製備方法。

背景技術：

碳酸鈣粉體是一種十分常見的無機材料，其主要應用於造紙、橡膠、塑料、塗料、油墨等產品中作為補強填料。在實際使用過程中採用的碳酸鈣填料多為微米級甚至納米級的產品，這些微尺度的碳酸鈣填料具有很高的表面能，在基體中分散性差、容易團聚結塊，從而嚴重影響填充改性效果，需要對其進行表面改性處理，以提高其使用性能。

目前市售的納米碳酸鈣粉體多採用硬脂酸或脂肪酸鹽進行幹法包覆改性處理，這些類別的處理方法得到的粉體雖然在分散性、吸油值、活化度等方面均得到一定的改善，但是由於其耐溫性較差，不適用於高溫加工環境，對填充的基體材料會產生不良影響，使用範圍有效。《複合改性劑對納米碳酸鈣的表面改性》一文利用月桂酸與二辛/葵酸甘油酯聚氧乙烯醚共混複合產品對納米碳酸鈣進行溼法改性處理，改性後的納米碳酸鈣粉體不易團聚，表面活化度提高，疏水性提高，耐溫性更佳，避免了硬脂酸類改性劑的缺陷，然而而其引入的月桂酸對金屬有一定的腐蝕性，改性後的碳酸鈣粉體使用範圍依然受到限制，不是令人滿意的改性處理結果。

技術實現要素：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑改性的形貌可控納米碳酸鈣粉體及其製備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑改性的形貌可控納米碳酸鈣粉體，該納米碳酸鈣粉體由以下重量份的原料製成：氧化鈣30-50、二氧化碳（工業純）適量、接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑0.4-0.8、去離子水300-500、離子液體1-25、無水乙醇30-50。

所述的接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑由以下重量份的原料製得：α-烯烴磺酸鈉（AOS）1-5、環氧乙烷0.5-2、烯丙基乙氧基矽烷5-20、四（二甲基乙烯基矽氧基）矽烷5-20、95%乙醇150-300、KOH催化劑0.005-0.01、Pt/C催化劑0.001-0.005、稀鹽酸溶液適量、無水乙醇適量；製備方法為：

（1）先將α-烯烴磺酸鈉與烯丙基乙氧基矽烷投入反應容器中，隨後加入95%乙醇，並加入適量的稀鹽酸溶液，調節體系pH值為4-5，在40-50℃條件下攪拌反應3-5h，反應結束後經抽濾、洗滌、真空乾燥處理，得烯丙基矽烷接枝α-烯烴磺酸鈉備用；

（2）將烯丙基矽烷接枝α-烯烴磺酸鈉與四（二甲基乙烯基矽氧基）矽烷混合，並加入Pt/C催化劑，在氮氣氛圍下將反應體系加熱至50-60℃，反應5-10h，反應結束後經抽濾、醇洗，得超支化聚矽氧烷改性α-烯烴磺酸鈉備用；

（3）將製備的超支化聚矽氧烷改性α-烯烴磺酸鈉、KOH催化劑依次加入高壓反應釜中，密閉後開啟加熱和攪拌系統，並通入氮氣，在150-160℃條件下充分攪拌混合脫水處理，處理完畢後控制釜內壓力為0.01-0.05MPa，接著投入環氧乙烷，攪拌反應4-5h，反應結束後加入適量的稀鹽酸調節體系pH呈中性，隨後降溫出料，即得所述的接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑。

所述的離子液體為：1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1，3-二甲基咪唑雙三氟甲磺醯亞胺鹽中的一種或兩種。

所述的一種接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑改性的形貌可控納米碳酸鈣粉體的製備方法包括以下步驟：

（1）先將離子液體、去離子水分別投入反應容器中，在氮氣氛圍下強烈攪拌混合20-30min，隨後將體系加熱至80-85℃，緊接著加入氧化鈣，研磨攪拌消化2-3h，形成氫氧化鈣漿料，陳化10-15h後備用；

（2）將接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑投入無水乙醇中，攪拌使其完全溶解，所得溶液注入步驟（1）製備的漿液中，攪拌混合均勻，保持攪拌狀態，向體系中通入二氧化碳氣體，至體系pH值穩定為中性時停止通氣，並繼續攪拌混合1-2h，反應結束後體系過濾，過濾物經洗滌、真空乾燥、分散即得所述納米碳酸鈣粉體。

本發明的優點如下：

（1）在碳酸鈣粉體的製備過程中，採用離子液體/去離子水複合作為溶劑，利用離子液體對二氧化碳獨特的吸附性，有效的提高了溶液中二氧化碳的濃度，使得碳酸鈣的生產效率更高，原料利用率更高，並可通過調節離子液體濃度和二氧化碳用量來實現粉體的形貌可控，獲得了性能更優的碳酸鈣粉體。

（2）利用矽氫加成反應，製備了一種新型的超支化聚矽氧烷接枝的AOS聚氧乙烯醚表面活性劑，這種活性劑具有優良的熱穩定性和與樹脂體系的相容性，其改性後的納米碳酸鈣粉體不僅具有良好的分散性和疏水性，同時在高熱情況下對樹脂無不良影響。

具體實施方式

一種接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑改性的形貌可控納米碳酸鈣粉體，該納米碳酸鈣粉體由以下重量份的原料製成：氧化鈣30、二氧化碳（工業純）適量、接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑0.4、去離子水300、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽1、無水乙醇30。

所述的一種接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑改性的形貌可控納米碳酸鈣粉體，所述的接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑由以下重量份的原料製得：α-烯烴磺酸鈉（AOS）1、環氧乙烷0.5、烯丙基乙氧基矽烷5、四（二甲基乙烯基矽氧基）矽烷5、95%乙醇150、KOH催化劑0.005、Pt/C催化劑0.001、稀鹽酸溶液適量、無水乙醇適量；製備方法為：

（1）先將α-烯烴磺酸鈉與烯丙基乙氧基矽烷投入反應容器中，隨後加入95%乙醇，並加入適量的稀鹽酸溶液，調節體系pH值為4，在40℃條件下攪拌反應3h，反應結束後經抽濾、洗滌、真空乾燥處理，得烯丙基矽烷接枝α烯烴磺酸鈉備用；

（2）將烯丙基矽烷接枝α-烯烴磺酸鈉與四（二甲基乙烯基矽氧基）矽烷混合，並加入Pt/C催化劑，在氮氣氛圍下將反應體系加熱至50℃，反應5h，反應結束後經抽濾、醇洗，得超支化聚矽氧烷改性α-烯烴磺酸鈉備用；

（3）將製備的超支化聚矽氧烷改性α-烯烴磺酸鈉、KOH催化劑依次加入高壓反應釜中，密閉後開啟加熱和攪拌系統，並通入氮氣，在150℃條件下充分攪拌混合脫水處理，處理完畢後控制釜內壓力為0.01MPa，接著投入環氧乙烷，攪拌反應4h，反應結束後加入適量的稀鹽酸調節體系pH呈中性，隨後降溫出料，即得所述的接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑。

該改性納米碳酸鈣粉體的製備方法包括以下步驟：

（1）先將離子液體、去離子水分別投入反應容器中，在氮氣氛圍下強烈攪拌混合20min，隨後將體系加熱至80℃，緊接著加入氧化鈣，研磨攪拌消化2h，形成氫氧化鈣漿料，陳化10h後備用；

（2）將接枝AOS聚氧乙烯醚處理劑投入無水乙醇中，攪拌使其完全溶解，所得溶液注入步驟（1）製備的漿液中，攪拌混合均勻，保持攪拌狀態，向體系中通入二氧化碳氣體，至體系pH值穩定為中性時停止通氣，並繼續攪拌混合1h，反應結束後體系過濾，過濾物經洗滌、真空乾燥、分散即得所述納米碳酸鈣粉體。

製得的納米碳酸鈣粉體性能測試結果為：

粒度D50：85nm；粘度：22.4mPa.s；活化度：95%；吸油值：25.8；沉降體積：0.82ml/g。