专利名称：纳米材料表面活性剂生产及应用的制作方法
技术领域：
本发明属于化工领域，具体是一种纳米材料表面活性剂生产及应用方法。
背景技术：
纳米技术与传统产业相结合，对传统产品进行改性是纳米材料应用的切入点，是一条行之有效的方法，是全世界发展纳米材料产业的必由之路。发展纳米无机材料产业要解决的关键问题一是行之有效的材料合成和制备的纳米技术；二是纳米材料在高聚物中的分散技术。实现上述两点的关键是选择一种材料，既能控制纳米材料的粒径，又能加强纳米材料与高聚物材料的相溶性，并能牢固地与高分子材料结合。碳酸钙是塑料、橡胶、涂料、油墨及各种复合材料行业中最重要的无机填料和改性剂。以往，碳酸钙多作为填充剂、仅起增量及降低成本的作用。近年随着复合材料的迅速发展以及世界性能源短缺，以石油为原料的合成树脂持续涨价，要求人们在塑料、橡胶等复合材料制品中填加更多的无机填料，以进一步降低制品成本，节省树脂用量，并要求在填加较多无机填料的同时，保证或提高制品的加工性能和物理机械性能。目前轻质碳酸钙和重质碳酸钙无法达到上述要求。因此如何改变碳酸钙的生产工艺以及对产品进行改性以获得高活性的碳酸钙，已成为国内外填料研究和生产的重要课题。国际上关于这方面的研究，日本、美国等西方国家处于领先地位。早在1927年日本就发明了″微细活性碳酸钙″的制法，1933年研制出用硬脂酸进行表面改性的产品，以后又陆续研制出不同晶形、不同粒度和不同表面改性的产品。目前这一领域的研究仍很活跃，对活性碳酸钙及其在塑料、橡胶、涂料工业上的应用起了很大的促进作用。我国目前年产碳酸钙约300万吨，绝大部分是未经改性的轻质碳酸钙，只是近年来才有少数单位研制并生产了供橡胶用的几种微细碳酸钙或改性品种，而供塑料行业用的只有用硬脂酸和用钛酸酯处理的活性碳酸钙，其中以钛酸酯偶联剂研究和应用的较多，但钛酸酯偶联剂本身颜色较深，改性碳酸钙易使其白度降低，在某些聚合物中使用时会因氧化而变色；因水解活性较大，在存放期间或在材料加工过程中易发生水解或醇解，且生产成本和售价较高；此外，因钛酸酯多为粘稠液体，计量和使用不便，在对碳酸钙进行改性时，必须使用稀释剂并采用喷雾工艺加料，使工艺复杂，且因稀释剂挥发而污染环境。
发明内容
本发明采用磷酸与醇作为原料，在多孔固体酸催化下直接酯化，产物是酯和水。原料磷酸较POCl3、PCl3易得、价廉、刺激性小、腐蚀性小，也易于贮运。该合成工艺简单，不用分离提纯，无副产物，生产和使用过程无污染，反应产物均可作为表面处理剂。因此磷酸酯化法是一种对环境友好、非常有前途的洁净工艺方法。
本发明针对不同高聚物结构和活性集团不同的特点，对带有不同官能团磷酸酯表面活性剂的合成进行了系统研究，合成出在有机链中带有羟基、环氧基、胺基及其它分子结构修饰型等不同官能团系列偶联剂产品，以适应不同应用领域的需要。产品投放市场后，必将促进和带动橡胶、塑料等相关行业的技术进步；针对不同应用领域合成出碳酸钙专用的带有不同官能团的系列磷酸酯表面活性剂产品。经过对不同粒径、不同形状的纳米级碳酸钙进行表面修饰后可得到一系列产品；磷酸酯表面活性剂可在轻质碳酸钙生产线上湿法表面处理，项目完成后，可在国内所有的轻质碳酸钙企业推广应用，必将推动整个行业的技术进步和产品优化升级。
本发明纳米材料表面活性剂生产及应用方法包括如下步骤
(1)磷酸酯表面活性剂的合成采用磷酸与高碳醇作为原料，在多孔固体酸催化下直接酯化，产物是酯和水。原料磷酸较POCl3、PCl3和P2O5易得、价廉、刺激性小、腐蚀性小，也易于贮运。因此磷酸酯化法是一种较有前途的方法。(2)磷酸酯对纳米CaCO3粒径的控制和对轻质CaCO3表面处理。CaCO3是最重要的无机填料，居三大无机化工产品(CaCO3、TiO2、SiO2)之首，其使用已有一百多年的历史，但是在填充各种高聚物时，存在着明显的缺点一是CaCO3为无机化合物，它的表面性质是亲水疏油，在高聚物内部分散性极差；二是CaCO3不能与高聚物产生化学作用。所以，由于CaCO3的填充，会造成高聚物的某些性能降低，特别是过量填充，使高聚物性能急剧下降，以致制品无法使用。为使CaCO3的广泛应用不受限制，一般采用两种方法一是降低CaCO3的粒径，二是表面活化改性，赋予CaCO3在高聚物中的补强性能。(3)磷酸酯表面活性剂对高聚物改性实验高密度高聚物具有结晶度高、软化点高、模量高、强度高、硬度高等优点，但可加工性、韧性和耐环境应力开裂性能差，着色性不好，与其它工程塑料相比，有强度不高等缺点，对此需进行改性，以适应产品性能和使用特点。磷酸单酯作为偶联剂对碳酸钙粉末表面处理后，填充到高聚物产品中，其冲击强度是一般填充无机填料所得的高聚物产品无法达到的，可与弹性类(如橡胶)增韧比美，而弹性增韧往往会导致复合材料的刚性急剧降低。
权利要求
1.一种纳米材料表面活性剂生产及应用方法，其特征在于磷酸酯表面活性剂的合成采用磷酸与高碳醇作为原料，在多孔固体酸催化下直接酯化，产物是酯和水。
2.如权利要求1所述的纳米材料表面活性剂生产及应用方法，其特征在于磷酸酯对纳米CaCO3粒径的控制和对轻质CaCO3表面处理。为使CaCO3的广泛应用不受限制，一般采用两种方法一是降低CaCO3的粒径，二是表面活化改性，赋予CaCO3在高聚物中的补强性能。
3.如权利要求1所述的纳米材料表面活性剂生产及应用方法，磷酸单酯作为偶联剂对碳酸钙粉末表面处理后，填充到高聚物产品中，其冲击强度是一般填充无机填料所得的高聚物产品无法达到的，可与弹性类(如橡胶)增韧比美，而弹性增韧往往会导致复合材料的刚性急剧降低。
全文摘要
本发明采用磷酸与醇作为原料，在多孔固体酸催化下直接酯化，产物是酯和水。原料磷酸较POCl
文档编号B01F17/14GK1954905SQ20051010437
公开日2007年5月2日 申请日期2005年10月28日 优先权日2005年10月28日
发明者姚云 申请人:姚云