一种单层高岭土改性超细重质碳酸钙及其制备方法

文档序号:10714673阅读:334来源:国知局
一种单层高岭土改性超细重质碳酸钙及其制备方法
【专利摘要】一种单层高岭土改性超细重质碳酸钙及其制备方法,本发明方法首先通过聚合物辅助液相剥离法制备羧基改性单层高岭土纳米片,然后在表面活性剂存在下将碳酸钙粗粉研磨至5?10微米细粉后,加入羧基改性单层高岭土纳米片分散液配成固含量70?80%的浆料,湿法搅拌研磨获得粒径为0.1?1微米的改性重质碳酸钙。本发明具有设计科学合理、操作过程简单、生产成本低廉和易于规模化生产的优点,而且本发明可以降低颗粒的团聚和重叠、增强颗粒的粉体流动性和改善颗粒在高分子基体中的分散性,对提高高分子基材的综合性能和拓展重质碳酸钙的应用领域具有重大意义。
【专利说明】
[0001] 一种单层高岭土改性超细重质碳酸钙及其制备方法
技术领域
[0002] 本发明涉及一种单层高岭土改性超细重质碳酸钙及其制备方法,属精细化工碳酸 钙粉体技术领域。
【背景技术】
[0003] 重质碳酸钙是一种重要的无机化工产品,它的工业产品是由天然碳酸盐矿物如方 解石、大理石、石灰石磨碎而成。它是常用的粉状无机填料,具有化学纯度高、热稳定性好、 吸油率低和硬度低磨耗等优点。碳酸钙已经广泛应用于造纸、塑料、化纤、橡胶、胶粘剂、密 封剂、化妆品、建材、涂料、医药、食品和饲料等各个领域,其作用有:增加产品体积、降低生 产成本、改善加工性能(如调节粘度、流变性能、硫化性能)、提高尺寸稳定性和提高物理性 能(如力学性能、耐热性、消光性、耐磨性、阻燃性、白度、光泽度)等。但是,超细重质碳酸钙 由于颗粒力度小、表面积大、表面能高,极易产生自发凝聚并表现出强烈的团聚特性,不论 在空气中还是在液相介质中均容易团聚成粒径较大的二次颗粒,从而弱化或丧失自身优异 的物理化学性能。如何确保超细重质碳酸钙在制备、储存及随后的加工过程中分散而不团 聚,以及碳酸钙颗粒在复合材料中充分分散成为限制超微技术和复合技术应用过程中的技 术关键。
[0004] 高岭土是一种非金属矿产,是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩。质 纯的高岭土具有白度高、质软、易分散悬浮于水中、良好的可塑性和高的粘结性、优良的电 绝缘性能;具有良好的抗酸溶性、很低的阳离子交换量、较好的耐火性等理化性质。高岭土 类矿物属于1:1型层状硅酸盐,晶体主要由硅氧四面体和绍氢氧八面体组成,其中硅氧四面 体以共用顶角的方式沿着二维方向连结形成六方排列的网格层,各个硅氧四面体未公用的 尖顶氧均朝向一边;由硅氧四面体层和招氧八面体层公用硅氧四面体层的尖顶氧组成了 1: 1型的单位层,可以通过简单的液相剥离法、超声辅助剥离法或锂离子插层剥离法制备出稳 定的单层或少层的高岭土分散液,这为高岭土纳米片应用于碳酸钙复合无机粉体奠定了重 要基础。
[0005] 尽管重质碳酸钙具有优异的综合物理化学性能,并广泛应用于国民生产生活的各 个方面,但比表面积大、表面能高、粉体极易团聚,严重影响了其自身优异的性能和产品应 用效果。

【发明内容】

[0006] 本发明目的是,根据重质碳酸钙存在的某些缺陷,本发明提供一种单层高岭土改 性超细重质碳酸钙及其制备方法。
[0007] 本发明的技术方案是,本发明一种单层高岭土改性超细重质碳酸钙及其制备方 法,首先通过聚合物辅助液相剥离法制备羧基改性单层高岭土纳米片,然后在表面活性剂 存在下将碳酸钙粗粉研磨至5-10微米细粉后,加入羧基改性单层高岭土纳米片分散液配成 固含量70-80%的浆料,湿法搅拌研磨获得粒径为0.1-10微米的改性重质碳酸钙。
[0008] 本发明一种单层高岭土改性超细重质碳酸钙,由单层高岭土纳米片和重质碳酸钙 颗粒组成,其中,所述单层高岭土纳米片通过聚合物辅助液相剥离法制得,所述重质碳酸钙 颗粒和单层高岭土纳米片通过吸附和氢键作用连接。
[0009] 所述高岭土纳米片厚度为0.3-50纳米,其尺寸为0.5-2微米,所述重质碳酸钙颗粒 的直径为0.1-10微米,其形状为类球形或无规则多面体状,所述高岭土与重质碳酸钙的质 量比为 1:10-1:1000。
[0010] 本发明一种单层高岭土改性超细重质碳酸钙的制备方法,包括以下步骤: (1)单层高岭土纳米片的制备 将高岭土粉末加入自来水中,超声振荡0.5-12h,加入与高岭土纳米片成比例计量的羧 基改性剂,机械搅拌或超声振荡l-4h,用氮气鼓泡法将其搅拌均匀后升温至60〇C,逐渐滴加 碱性调节剂调节反应体系pH值为7-12,反应0.5-2h后加热至90〇C,继续反应l-4h,其反应产 物用自来水水洗三次,离心分离,置于真空干燥箱中干燥24h,得到单层高岭土纳米片; (2 )单层高岭土改性重质碳酸钙的制备 将直径小于5厘米的碳酸钙粗料送入湿法研磨机中,加入与重质碳酸钙成比例计量的 表面活性剂在85-95oC下研磨至20-50微米后,加水配成固含量70-80%的浆料,加入与重质 碳酸钙成比例计量的羧基改性单层高岭土纳米片,在湿法搅拌磨削机研磨l-12h,将碳酸钙 浆料脱水至含水量不大于0.3%,粒径为0.1-10微米的超细改性重质碳酸钙粉体。
[0011] 所述步骤(1)中所使用的羧基改性剂为海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、 聚羧酸钠、聚丙烯酸钠、甲基磺酸钠、木质素磺酸钠、三氟甲基亚磺酸钠、4-氨基偶氮苯-4磺 酸、1-氨基-2-萘酚-4-磺酸、2-萘胺-1-磺酸中的一种或多种,所述羧基改性剂与重质碳酸 钙的质量比为1:5-1:1000。
[0012] 所述步骤(2)中所使用的表面活性剂为脂肪酸钾皂、磺基琥珀酸单酯二钠、月桂基 磺化琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、椰油酸二乙醇酰胺、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀 酸单酯二钠、单月桂基磷酸酯、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾、脂肪醇聚氧乙烯 醚硫酸铵中的一种或多种,所述表面活性剂与重质碳酸钙的质量比为1:4-1:2000。
[0013] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明具有设计科学合理、操作过程 简单、生产成本低廉和易于规模化生产的优点,而且本发明可以降低颗粒的团聚和重叠、增 强颗粒的粉体流动性和改善颗粒在高分子基体中的分散性,从而提高高分子基材的综合性 能和拓展重质碳酸钙的应用领域。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明单层高岭土改性超细重质碳酸钙的生产技术路线图; 图2为实施例1制备的单层高岭土改性超细重质碳酸钙的扫描电镜照片; 图3为实施例2制备的单层高岭土改性超细重质碳酸钙的扫描电镜照片; 图4为实施例3制备的单层高岭土改性超细重质碳酸钙的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例,都属于本发明保护的范围。
[0016] 实施例1 (1)单层高岭土纳米片的制备 将高岭土粉末加入自来水中,超声振荡0.5_12h,加入与高岭土纳米片成比例计量的羧 基改性剂,机械搅拌或超声振荡l_4h,用氮气鼓泡法将其搅拌均匀后升温至60°C,逐渐滴加 1.5M的氢氧化钠溶液调节反应体系pH值为7-12,反应0.5-2h后加热至90°C,继续反应l-4h, 其反应产物用自来水水洗三次,离心分离,置于真空干燥箱中干燥24h,得到单层高岭土纳 米片;所使用的羧基改性剂为海藻酸钠,所述海藻酸钠与重质碳酸钙的质量比为1:5。
[0017] (2)单层高岭土改性重质碳酸钙的制备 将直径小于5厘米的碳酸钙粗料送入研磨机中,加入与重质碳酸钙成比例计量的表面 活性剂在85-95°C下研磨至20-50微米后,加水配成固含量70-80%的浆料,加入与重质碳酸 钙成比例计量的羧基改性单层高岭土纳米片,在湿法搅拌磨削机研磨l_12h,将碳酸钙浆料 脱水至含水量不大于0.3%,粒径为0.1-10微米的超细改性重质碳酸钙粉体;所述高岭土与 重质碳酸钙的质量比为1:10,所使用的表面活性剂为脂肪酸钾皂,所述脂肪酸钾皂与重质 碳酸钙的质量比为1:4。
[0018] 本实施例制得的单层高岭土改性超细重质碳酸钙的扫描电镜照片如图2所示。
[0019] 本实施例制备的单层高岭土改性超细重质碳酸钙的技术指标如1所示,其中,白 度、吸油量、pH值、假比重、烧失量和水分,均测试三次。
[0020] 表 1
实施例2 (1)单层高岭土纳米片的制备 将高岭土粉末加入自来水中,超声振荡0.5-12h,加入与高岭土纳米片成比例计量的羧 基改性剂,机械搅拌或超声振荡l_4h,用氮气鼓泡法将其搅拌均匀后升温至60°C,逐渐滴加 1.5M的氢氧化钠溶液调节反应体系pH值为7-12,反应0.5-2h后加热至90°C,继续反应l-4h, 其反应产物用自来水水洗三次,离心分离,置于真空干燥箱中干燥24h,得到单层高岭土纳 米片;所使用的羧基改性剂为羧甲基纤维素钠,所述羧甲基纤维素钠与重质碳酸钙的质量 比为1:200。
[0021] (2)单层高岭土改性重质碳酸钙的制备 将直径小于5厘米的碳酸钙粗料送入研磨机中,加入与重质碳酸钙成比例计量的表面 活性剂在85-95°C下研磨至20-50微米后,加水配成固含量70-80%的浆料,加入与重质碳酸 钙成比例计量的羧基改性单层高岭土纳米片,在湿法搅拌磨削机研磨l_12h,将碳酸钙浆料 脱水至含水量不大于0.3%,粒径为0.1-10微米的超细改性重质碳酸钙粉体;所述高岭土与 重质碳酸钙的质量比为1:200,所使用的表面活性剂为磺基琥珀酸单酯二钠,所述磺基琥珀 酸单酯二钠与重质碳酸钙的质量比为1:500。
[0022] 本实施例制得的单层高岭土改性超细重质碳酸钙的扫描电镜照片如图3所示。
[0023] 本实施例制备的单层高岭土改性超细重质碳酸钙的技术指标如2所示,其中,白 度、吸油量、pH值、假比重、烧失量和水分,均测试三次。
[0024] 表 2
实施例3 (1)单层高岭土纳米片的制备 将高岭土粉末加入自来水中,超声振荡0.5-12h,加入与高岭土纳米片成比例计量的羧 基改性剂,机械搅拌或超声振荡l_4h,用氮气鼓泡法将其搅拌均匀后升温至60°C,逐渐滴加 1.5M的氢氧化钠溶液调节反应体系pH值为7-12,反应0.5-2h后加热至90°C,继续反应l-4h, 其反应产物用自来水水洗三次,离心分离,置于真空干燥箱中干燥24h,得到单层高岭土纳 米片;所使用的羧基改性剂为聚丙烯酰胺,所述聚丙烯酰胺与重质碳酸钙的质量比为1: 1000ο
[0025] (2)单层高岭土改性重质碳酸钙的制备 将直径小于5厘米的碳酸钙粗料送入研磨机中,加入与重质碳酸钙成比例计量的表面 活性剂在85-95°C下研磨至20-50微米后,加水配成固含量70-80%的浆料,加入与重质碳酸 钙成比例计量的羧基改性单层高岭土纳米片,在湿法搅拌磨削机研磨l_12h,将碳酸钙浆料 脱水至含水量不大于0.3%,粒径为0.1-10微米的超细改性重质碳酸钙粉体;所述高岭土与 重质碳酸钙的质量比为1:1000,所使用的表面活性剂为月桂基磺化琥珀酸单酯二钠,所述 月桂基磺化琥珀酸单酯二钠与重质碳酸钙的质量比为1:2000。
[0026] 本实施例制得的单层高岭土改性超细重质碳酸钙的扫描电镜照片如图4所示。 [0027]本实施例制备的单层尚岭土改性超细重质碳酸钙的技术指标如3所不,其中,白 度、吸油量、pH值、假比重、烧失量和水分,均测试三次。
[0028]表 3
【主权项】
1. 一种单层高岭土改性超细重质碳酸钙,由单层高岭土纳米片和重质碳酸钙颗粒组 成,其特征在于,所述单层高岭土纳米片通过聚合物辅助液相剥离法制得,所述重质碳酸钙 颗粒和单层高岭土纳米片通过吸附和氢键作用连接; 所述高岭土纳米片厚度为〇. 3-50nm,所述高岭土纳米片平面尺寸为0.5-2μηι,所述重质 碳酸钙颗粒的直径为〇.l-l〇um,其形状为类球形或无规则多面体状,所述高岭土与重质碳 酸钙的质量比为1:10-1:1000。2. -种单层高岭土改性超细重质碳酸钙的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下 步骤: (1) 单层高岭土纳米片的制备 将高岭土粉末加入自来水中,超声振荡0.5-12h,加入与高岭土纳米片成比例计量的羧 基改性剂,机械搅拌或超声振荡l_4h,用氮气鼓泡法将其搅拌均匀后升温至60°C,逐渐滴加 碱性调节剂调节反应体系pH值为7-12,反应0.5-2h后加热至90°C,继续反应l-4h,其反应产 物用自来水水洗三次,离心分离,置于真空干燥箱中干燥24h,得到单层高岭土纳米片; (2) 单层高岭土改性超细重质碳酸钙的制备 将直径小于5cm的碳酸钙粗料送入研磨机中,加入与重质碳酸钙成比例计量的表面活 性剂在85-95°C下研磨至20-50微米后,加水配成固含量70-80%的浆料,加入与重质碳酸钙 成比例计量的羧基改性单层高岭土纳米片,在湿法搅拌磨削机研磨l_12h,将碳酸钙浆料脱 水至含水量不大于0.3%,粒径为0.1-10微米的改性超细重质碳酸钙粉体。3. 根据权利要求2所述一种单层高岭土改性超细重质碳酸钙的制备方法,其特征在于, 所述羧基改性剂为海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚羧酸钠、聚丙烯酸钠、甲基磺 酸钠、木质素磺酸钠、三氟甲基亚磺酸钠、4-氨基偶氮苯-4磺酸、1-氨基-2-萘酚-4-磺酸、2-萘胺-1-磺酸中的一种或多种,所述羧基改性剂与重质碳酸钙的质量比为1:5-1:1000。4. 根据权利要求2所述一种单层高岭土改性超细重质碳酸钙的制备方法,其特征在于: 所述表面活性剂为脂肪酸钾皂、磺基琥珀酸单酯二钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、脂肪醇 聚氧乙烯醚、椰油酸二乙醇酰胺、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、单月桂基磷酸 酯、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵中的一种或多种, 所述表面活性剂与重质碳酸钙的质量比为1:4-1:2000。
【文档编号】C09C1/02GK106084893SQ201610435635
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月19日
【发明人】王光硕, 彭鹤松, 宋建强, 曾伟, 李永安
【申请人】江西广源化工有限责任公司
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