一种碳酸氢钠及其制备方法和碳酸氢钠在发泡材料中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无机化学技术领域，特别涉及一种碳酸氢钠及其制备方法和碳酸氢钠 在发泡材料中的应用。
【背景技术】
[0002] 碳酸氢钠(NaH⑶3)俗称小苏打，它是一种较重要的无机化工产品，广泛地应用于 轻工、医药、纺织和精细化工等领域。由于市场的竞争，有些应用对NaHCO 3品质的要求越来 越高，例如高分子发泡材料领域。NaHCO3作为一种无机型发泡剂，具有无毒、分解时吸热、产 物CO 2在聚合物中易溶解扩散等优点。因此，在发泡剂领域，尤其是需要注意安全的领域(如 需要与食品或人体接触），NaHCO 3发挥着重要的作用。
[0003] 目前，国内外普遍采用碳酸钠(Na2⑶3)和⑶2反应制取NaHCO3,分为气-固相法和 气-液相法。NaHCO 3在结晶时，由于晶体可以非常快速地生长，因此容易产生大颗粒产品，尽 管对产品进行机械法细化，绝大部分粒径仍只能达到60~100目。使用大粒径的NaHCO 3作为 发泡剂，只能获得大孔径的发泡材料。众所周知，泡孔越大，发泡材料力学等方面的性能均 越差。而微孔发泡材料，由于微孔的尺寸比聚合物材料内部的缺陷尺寸要小，因此发泡后虽 然密度下降了，但力学性能下降很少，甚至有些指标(如冲击强度)会大幅提高，而且会大幅 度降低聚合物的导热系数，提高发泡材料的保温隔热隔音效果，这些特性均有极高的应用 价值。
[0004] 要制备微孔发泡材料，需要粒径小的发泡剂。但获得粒径小的NaHCO3并非易事。近 年来，专门对NaHCO 3粒度细化方面的研究报道较少。李懋强利用溶液喷雾蒸发工艺制备了 NaHCO3粉料，所制出的粉料粒度小、呈球形，粉料直径分布在0.8~20μπι之间，其中小于1 Ομπι 的颗粒占92%。张玉倩采用了直接冷冻、真空蒸发冷冻和喷雾冷冻三种冷冻干燥法制备了 超细NaHCO3，其中以喷雾冷冻效果最好，粉料粒度为2.26μπι。虽然采用上述方法可以制备出 粒径小的NaHCO 3粒子，但其粒径仍为微米级别。因此，如何提供一种尺寸更小的NaHCO3粒子 成为本领域亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种碳酸氢钠及其制备方法以及碳酸氢钠在发泡材料中 的应用。本发明通过气泡液膜法制备出小粒径碳酸氢钠，方法简便，成本低。本发明提供的 碳酸氢钠尺寸为纳米级别，与市售碳酸氢钠相比，尺寸更小，分解温度更低。
[0006] 本发明提供了一种碳酸氢钠的制备方法，包括以下步骤：
[0007] (1)将NaHCO3与水、纳米SiO2和增稠剂混合得到混合溶液；
[0008] (2)将所述步骤(1)得到的混合溶液与发泡剂混合，得到气泡液膜；
[0009] (3)将步骤(2)得到的气泡液膜干燥，得到碳酸氢钠。
[0010] 优选的，所述步骤⑴中水的体积与NaHCO3和纳米Si〇2的质量比为：IOOmL: (8~12) g:(8~14)g〇
[0011]优选的，所述步骤(1)中增稠剂与水的体积比为I: (10~50)。
[0012]优选的，所述步骤(2)中发泡剂与水的体积比为(3~6) :50。
[0013] 优选的，所述纳米Si〇2的粒径为10~100nm。
[0014]优选的，所述增稠剂为水性增稠剂。
[0015] 优选的，所述发泡剂为表面活性剂类发泡剂。
[0016] 优选的，所述步骤(3)中的干燥温度为45~55°C，干燥时间为10~14h。
[0017]本发明还提供了按照一种上述制备方法制备的碳酸氢钠，所述碳酸氢钠尺寸为纳 米级别。
[0018] 优选的，所述碳酸氢钠呈片状结构，尺寸为:长200~400nm，宽60~lOOnm。
[0019]优选的，所述碳酸氢钠中还含有纳米Si02。
[0020] 本发明还提供了一种上述技术方案所述的或按照上述制备方法制备的碳酸氢钠 在发泡材料中的应用。
[0021] 本发明提供了一种气泡液膜界面法制备NaHCO3的方法。本发明通过在NaHCO3溶液 中加入发泡剂，搅拌后产生大量的气泡液膜，NaHCO 3在液膜界面上结晶，由于液膜很薄，并 且液膜内也有很多更小的气泡存在，它们能阻碍NaHCO3晶体的生长，达到了减小NaHCO 3粒度 的目的，方法简单，操作方便。
[0022]本发明还提供了一种上述制备方法制备的NaHC03。本发明提供的NaHCO3尺寸为纳 米级别，呈片状结构，尺寸为:长200~400nm，宽60~IOOnm，分解温度大大低于市售NaHCO3 〇 [0023]本发明还提供了一种上述技术方案所述或上述制备方法制备的NaHCO3在发泡材 料中的应用。本发明提供的NaHCO 3尺寸为纳米级别，可用于制备性能优良的微孔发泡材料。
【附图说明】
[0024]图1为市售NaHCO3研磨前的偏光显微形貌；
[0025]图2为市售NaHCO3研磨后的偏光显微形貌；
[0026] 图3为市售NaHCO3的SEM照片；
[0027] 图4为市售NaHCO3的DSC曲线图；
[0028] 图5为实施例1中制备的干燥后的气泡液膜的偏光显微形貌；
[0029 ]图6为实施例3中制备的干燥后的气泡液膜的偏光显微形貌；
[0030]图7为图6放大4倍的显微照片；
[0031]图8为实施例7中制备的气泡液膜的偏光显微形貌；
[0032]图9为实施例10中制备的气泡液膜的偏光显微形貌；
[0033] 图10为实施例11中制备的NaHCO3的TEM照片；
[0034] 图11为实施例11中制备的NaHCO3的DSC曲线图；
[0035]图12为实施例11中制备的气泡液膜的偏光显微形貌；
[0036]图13为实施例11中制备的NaHCO3制备的发泡材料冲击断面SEM照片；
[0037]图14为实施例12中制备的气泡液膜的偏光显微形貌。
【具体实施方式】
[0038]本发明提供了一种碳酸氢钠的制备方法，包括以下步骤：
[0039] (I)将NaHCO3与水、纳米SiO2和增稠剂混合得到混合溶液；
[0040] (2)将所述步骤(1)得到的混合溶液与发泡剂混合，得到气泡液膜；
[0041] (3)将步骤(2)得到的气泡液膜干燥，得到碳酸氢钠。
[0042]本发明将NaHCO3与水、纳米SiO2和增稠剂混合得到混合溶液。本发明对所述制备混 合溶液的操作没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的制备混合溶液的技术方案即 可。本发明优选将NaHCO3溶于水中，得到NaHCO 3水溶液，然后将所述NaHCO3水溶液依次与纳 米SiO2和增稠剂混合，得到混合溶液。在本发明中，所述水的体积与NaHCO 3和纳米SiO2的质 量比优选为IOOmL: (8~12)g: (8~14)g，更优选为IOOmL: (9~11 )g: (10~13)g;所述增稠剂 与水的体积比优选为1: (10~50)，更优选为1: (13~25)，最优选为1: (15~19)。
[0043] 在本发明中，所述纳米Si〇2的粒径优选为10~100nm，更优选为10~30nm。在本发 明中，所述纳米SiO 2具有触变作用，在低剪切作用或静置下能使体系的粘度增大，并可以增 加液膜强度，尤其是升温干燥时的液膜强度，从而使气泡液膜在干燥状态下稳定存在，并且 使大气泡中保留大量的小气泡，这些小气泡阻碍碳酸氢钠晶体的长大。
[0044] 在本发明中，所述增稠剂优选为水性增稠剂。在本发明的实施例中，所述增稠剂可 具体为聚氨酯类增稠剂或水溶性的聚丙烯酸盐。在本发明中，所述增稠剂为液体，其作用是 调节溶液粘度，在常温下获得泡孔直径小、大小均匀的高质量液膜气泡。
[0045] 本发明将得到的混合溶液与发泡剂混合，得到气泡液膜。本发明对所述制备气泡 液膜的操作没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的发泡的技术方案即可。本发明优 选将所述混合溶液与发泡剂在搅拌的条件下制备得到气泡液膜，所述搅拌速率优选为300 ~500r/min，搅拌时间优选为20~25min。在本发明中，所述发泡剂与水的体积比优选为（3 ~6): 50，更优选为(3.5~5): 50。在本发明中，所述发泡剂优选为表面活性剂类发泡剂。在 本发明的实施例中，所述发泡剂可具体为动物类水泥发泡剂。在本发明中，所述发泡剂的作 用是形成坚韧、富有弹性的气泡液膜。在本发明中，所述发泡剂与上述技术方案所述水的体 积比优选为(3~6): 50，更优选为(3.5~5): 50。
[0046] 本发明将得到的气泡液膜干燥，得到碳酸氢钠。本发明对所述干燥操作没有特殊 的限制，采用本领域技术人员熟知的干燥的技术方案即可。在本发明中，所述干燥优选为烘 干，在本发明的实施例中，可将所述气泡液膜置于烘箱中干燥。在本发明中，所述干燥温度 优选为45~55°C，更优选为48~52°C，所述干燥时间优选为10~14h，更优选为11~13h。
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