改性納米硫酸鋇的製備及其應用的製作方法
2023-08-02 10:42:01 2
改性納米硫酸鋇的製備及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種易分散耐熱性好的改性納米硫酸鋇粉體的製備方法及其應用，同時提供了以該改性納米硫酸鋇粉體為主體製備的增韌增強母粒及母粒的製備方法。有益之處在於：本發明製得的改性納米硫酸鋇粉體具有易分散、耐熱性優良，白度高，含水率低等優點，能夠應用於製備管材、片材、薄膜、無紡布、纖維、注塑塑料製品等領域的增強增韌母粒，所製備出的母粒對於薄膜等產品的撕裂強度、衝擊強度等機械性能有顯著的提高。
【專利說明】改性納米硫酸鋇的製備及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無機納米粉體的製備及應用，尤其涉及一種易分散耐熱納米硫酸鋇的製備及應用。
【背景技術】
[0002]納米硫酸鋇因具有量子效應、尺寸效應、表面效應等重要的結構特性，近年來已成為一種重要的新型高檔功能性填充填料。不僅在橡膠、塑料、油墨、塗料、造紙等諸多工業領域具有廣闊的應用前景，而且在醫學、陶瓷、水泥、複合材料等方面更具有廣闊應用前景。
[0003]目前，納米硫酸鋇的生產工藝主要有兩種，一種是物理法，一種是化學法。所謂物理法就是將分散劑、天然硫酸鋇和氧化鋯珠在水溶液裡用砂磨機進行一級、二級、三級等多級砂磨，直到達到所要求的納米尺寸，壓濾、烘乾、解聚即可製得納米硫酸鋇。所謂化學法就是將氯化鋇、硫化鋇、碳酸鋇等鋇鹽及氫氧化鋇等含有鋇離子的化合物與硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銨等可溶性硫酸鹽及濃硫酸等含有硫酸根離子的化合物進行置換反應或者中和反應生成納米硫酸鋇的合成方法。
[0004]物理法製備的納米硫酸鋇粒徑不規則、分布寬、雜質多、白度低、易二次團聚、吸油值高、不易分散、光澤度低，同時工藝步驟多、質量穩定性差、難以大規模產業化。化學法製備的納米硫酸鋇粒徑具有規則球型、分布窄、白度高、雜質少等明顯優勢，但仍然存在易團聚、分散性差等缺點，尤其是在填充量高達80%以上的母粒上應用時，總是出現加工困難、加工設備電流大、分散性差、 易黃變等缺點。
[0005]為了解決納米硫酸鋇的團聚和分散性差的問題，常見的方法是對納米硫酸鋇進行表面包覆改性，常用的改性劑包括矽酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、聚乙二醇、聚乙烯醇、硬脂酸鹽、月桂酸鹽、矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、磷酸酯偶聯劑、有機絡合劑等。
[0006]胡志勇在中國發明專利200810143661.4中公開了硬脂酸鈉、有機絡合劑、矽氧烷和娃酸鈉對粒徑IOOnm~2 μ m (微米)沉澱硫酸鋇的表面改性,其中硬脂酸鈉改性的超細沉澱硫酸鋇表面疏水，與塑料相容性優良；陳焰等人在中國發明專利201010268877.0中公開了硬脂酸鈉、乙烯基三氯矽烷、二油醯基鈦酸乙二醇酯、鈦酸四丁酯和矽酸鈉對粒徑30~300nm沉澱硫酸鋇的表面改性，改性後的沉澱硫酸鋇粒子界面清晰，無明顯團聚，分散性好。但這兩種改性的納米硫酸鋇在80%填充母粒中仍存在分散困難，耐熱性差、易黃變等缺陷。
【發明內容】
[0007]為解決現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種易分散耐熱性好的改性納米硫酸鋇粉體的製備方法及其應用，同時提供了以該改性納米硫酸鋇粉體為主體製備的增韌增強母粒及母粒的製備方法。
[0008]為了實現上述目標，本發明採用如下的技術方案:
[0009]改性納米硫酸鋇的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟:
[0010]S1、將碳酸鋇粉體加入自來水中，高速攪拌，形成漿化的懸濁液，懸濁液中碳酸鋇的質量濃度為15%-50% ；
[0011]S2、邊攪拌邊向步驟SI配製的硫酸鋇懸濁液中滴加濃硫酸，40min內勻速滴完，反應結束時，控制反應液的PH值控制為2.5-5 ；
[0012]S3、過濾，得硫酸鋇沉澱，並水洗直至洗滌液呈中性，然後將製得的硫酸鋇沉澱分散為漿液；
[0013]S4、向漿液中加入改性劑重量含量為5%_15%的改性劑溶液，對沉澱硫酸鋇進行表面處理，改性劑重量為沉澱硫酸鋇重量的0.3%-3%，然後壓濾脫水、閃蒸乾燥製成改性納米沉澱硫酸鋇粉體。
[0014]前述步驟S4中，改性劑為質量比為2:1的硬脂酸鈉與硫酸鋅的混合溶液,反應時間為20min，反應溫度為30-100°C，優選為60°C。
[0015]將前述方法製得的改性納米硫酸鋇粉體應用於製備管材、片材、薄膜、無紡布、纖維、注塑塑料製品的增強增韌母粒。
[0016]以前述方法得到的改性納米硫酸鋇為主體製得的母粒，包括:70%_85%的改性納米硫酸鋇粉體、1%_5%的分散劑、0.3%-1%的潤滑劑、1%_3%的偶聯劑、0.3%-0.5%的熱穩定劑、0.1%-0.5%的抗氧劑、10%-25%的載體樹脂，各百分含量均表示重量百分比。
[0017]前述的母粒，所述改性納米硫酸鋇粉體的平均粒徑為lO-lOOOnm，優選為45_120nm。
[0018]前述分散劑為聚乙烯蠟、石蠟、EVA蠟、氧化聚乙烯蠟、蒙旦酸蠟、精蠟、微粉蠟、AClyc低分子量離聚物以及超分散劑中的一種`或幾種。
[0019]前述潤滑劑為EBS、油酸醯胺中的一種或幾種；所述偶聯劑為硬脂酸、月旨肪酸、矽烷、鋁酸酯、鈦酸酯、磷酸酯、硼酸酯中的一種或幾種；所述熱穩定劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鋇中的一種或幾種；所述抗氧劑為1010、1076、264、300中的一種或幾種。
[0020]前述載體樹脂為乙烯類聚合物，優選為高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性聚乙烯、茂金屬聚乙烯中的一種或幾種。
[0021]製備前述的母粒的方法，其特徵在於，包括如下步驟:
[0022]Al、按照前述的重量百分比稱取各原料；
[0023]A2、將改性納米硫酸鋇粉體投入高速混合機中高速攪拌並加熱至100-120°C，加入偶聯劑處理3分鐘，然後再加入潤滑劑、熱穩定劑和抗氧劑，最後加入分散劑和載體樹脂，攪拌反應；
[0024]A3、當高速混合機電流突然增大時，停止攪拌，放料冷卻，如果有結塊的物料就將其粉碎成細小顆粒或粉末；
[0025]A4、將混合物料加入造粒設備內，在120— 140°C下擠出，風冷熱粒得到母粒成品。
[0026]前述的製備母粒的方法，其特徵在於，所述造粒設備為:單螺杆擠出機、往復式擠出機、雙螺杆擠出機、三螺杆擠出機、雙階擠出機或雙轉子擠出機。
[0027]本發明的有益之處在於:本發明製得的改性納米硫酸鋇粉體具有易分散、耐熱性優良，白度高，含水率低等優點，能夠應用於製備管材、片材、薄膜、無紡布、纖維、注塑塑料製品等領域的增強增韌母粒。
【專利附圖】
【附圖說明】[0028]圖1是本發明的實施例1製得的改性納米硫酸鋇粉體的SM圖；
[0029]圖2是本發明的實施例5製得的母粒添加於HDPE薄膜產品中不同添加量下的透氧率和透水率；
[0030]圖3是本發明的實施例5製得的母粒添加於HDPE薄膜產品中不同添加量下的橫向撕裂強度；
[0031]圖4是本發明的實施例5製得的母粒添加於HDPE薄膜產品中不同添加量下的縱向撕裂強度；
[0032]圖5是本發明的實施例5製得的母粒添加於HDPE薄膜產品中不同添加量下的落膘衝擊強度；
[0033]圖6是本發明的實施例5製得的母粒添加於HDPE薄膜產品中不同添加量下的薄膜封口強度(不同溫度下)。
【具體實施方式】
[0034]以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。
[0035]無特殊說明，本發明中所用原料或產品均為市購。
[0036]一、為了簡要而清楚地說明本發明的改性納米硫酸鋇的製備方法，結合表1對實施例1-4進行說明。
[0037]首先，將碳酸鋇粉體加入自來水中進 行漿化，即:高速攪拌形成漿化的懸濁液，懸濁液中碳酸鋇的質量 濃度為15%_50% ;然後，控制反應釜的攪拌速度為60轉/分鐘，邊攪拌邊向硫酸鋇懸濁液中滴加濃度為98%的濃硫酸，控制在40min內勻速滴完，反應結束時，控制反應液的PH值控制為2.5-5，以確保完全反應；過濾，得硫酸鋇沉澱，並水洗直至洗滌液呈中性，然後將製得的硫酸鋇沉澱分散為漿液；然後，向漿液中加入改性劑重量含量為5%-15%的改性劑溶液,對沉澱硫酸鋇進行表面處理,改性劑重量為沉澱硫酸鋇重量的0.3%-3%，最後壓濾脫水、閃蒸乾燥製成改性納米沉澱硫酸鋇粉體。優選地，改性劑為質量比為2:1的硬脂酸鈉與硫酸鋅的混合溶液(硬脂酸鋅)，反應時間為20min,反應溫度為30-100°C，優選為 60°C。
[0038]
【權利要求】
1.改性納米硫酸鋇的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟: 51、將碳酸鋇粉體加入自來水中，攪拌形成漿化的懸濁液，懸濁液中碳酸鋇的質量濃度為 15%-50% ； 52、邊攪拌邊向步驟SI配製的硫酸鋇懸濁液中滴加濃硫酸，40min內勻速滴完，反應結束時，控制反應液的PH值控制為2.5-5 ； 53、過濾，得硫酸鋇沉澱，並水洗直至洗滌液呈中性，然後將製得的硫酸鋇沉澱分散為漿液； 54、向漿液中加入改性劑重量含量為5%-15%的改性劑溶液，對沉澱硫酸鋇進行表面處理，改性劑重量為沉澱硫酸鋇重量的0.3%- 3%，然後壓濾脫水、閃蒸乾燥製成改性納米沉澱硫酸鋇粉體。
2.根據權利要求1所述的改性納米硫酸鋇的製備方法，其特徵在於，所述步驟S4中，改性劑為質量比為2:1的硬脂酸鈉與硫酸鋅的混合溶液,反應時間為20min,反應溫度為30-100°C，優選為 60°C。
3.將權利要求1的方法製得的改性納米硫酸鋇粉體應用於製備管材、片材、薄膜、無紡布、纖維、注塑塑料製品的增強增韌母粒。
4.以權利要求1的方法得到的改性納米硫酸鋇為主體製得的母粒，其特徵在於，包括:70%-85%的改性納米硫酸鋇粉體、1%_5%的分散劑、0.3%-1%的潤滑劑、1%_3%的偶聯劑、0.3%-0.5%的熱穩定劑、0.1%-0.5%的抗氧劑、10%-25%的載體樹脂，各百分含量均表示重量百分比。
5.根據權利要求4所述的母粒，其特徵在於，所述改性納米硫酸鋇粉體的平均粒徑為lO-lOOOnm，優選為 45_120nm。
6.根據權利要求4所述的母粒，其特徵在於，所述分散劑為聚乙烯蠟、石蠟、EVA蠟、氧化聚乙烯蠟、蒙旦酸蠟、精蠟、微粉蠟、AClyc低分子量離聚物以及超分散劑中的一種或幾種。
7.根據權利要求4所述的母粒，其特徵在於，所述潤滑劑為EBS、油酸醯胺中的一種或幾種；所述偶聯劑為硬脂酸、脂肪酸、矽烷、鋁酸酯、鈦酸酯、磷酸酯、硼酸酯中的一種或幾種；所述熱穩定劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鋇中的一種或幾種；所述抗氧劑為1010、1076、264、300 中的一種或幾種。
8.根據權利要求4所述的母粒，其特徵在於，所述載體樹脂為乙烯類聚合物，優選為高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性聚乙烯、茂金屬聚乙烯中的一種或幾種。
9.製備權利要求4所述的母粒的方法，其特徵在於，包括如下步驟: Al、按照權利要求4的重量百分比稱取各原料； A2、將改性納米硫酸鋇粉體投入高速混合機中高速攪拌並加熱至100-120°C，加入偶聯劑處理3分鐘，然後再加入潤滑劑、熱穩定劑和抗氧劑，最後加入分散劑和載體樹脂，攪拌反應; A3、當高速混合機電流突然增大時，停止攪拌，放料冷卻，如果有結塊的物料就將其粉碎成細小顆粒或粉末； A4、將混合物料加入造粒設備內，在120— 140°C下擠出，風冷熱粒得到母粒成品。
10.根據權利要求1所述的 製備母粒的方法，其特徵在於，所述造粒設備為:單螺杆擠出機、往復式擠出機、雙螺杆擠出`機、三螺杆擠出機、雙階擠出機或雙轉子擠出機。
【文檔編號】C09C3/06GK103881418SQ201410078367
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2014年3月5日
【發明者】劉學習 申請人:蘇州克萊明新材料有限公司