CN106752106A - 高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙及其制备方法和用途 - Google Patents

高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙，在制备工艺中通过对反应体系浓度、终止pH值、反应温度、分散剂的配方及包覆剂的选择各项指标进行精准控制，得到粒径为80nm‑200nm、白度达到92以上、氧化锌包覆量达到4%、无团聚现象、具有抗紫外抗老化的高性能多用途纳米碳酸钙，所得产品能够在橡胶、硅胶、塑料、造纸领域作为填料增加产品的抗氧化抗紫外线性能及亮洁度。

Description

高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙及其制备方法和 用途
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种新型纳米碳酸钙的及其制备方法和用途。
背景技术
碳酸钙是一种重要的无机材料，广泛应用于橡胶、塑料、造纸等领域。现在碳酸钙产品以轻质碳酸钙、活性碳酸钙为主。现有碳酸钙产品附加值不高，因此，需要开发出附加值高、市场潜力大的新产品以拓宽碳酸钙企业的发展空间。氧化锌也是一种重要的无机材料，也可用于橡胶、塑料、造纸等领域，其对下游产品有较好的改性作用，但成本比碳酸钙高。目前，已有的纳米碳酸钙填充材料，具有改性效果有局限性、成本高、产品白度较差、抗紫外线抗氧化性能较差的缺点。因此本发明产品是将氧化锌包覆在碳酸钙表面，形成氧化锌和碳酸钙的复合材料，得到一种功能性填料纳米碳酸钙产品，该复合材料用于下游产品中，即可有效改善下游产品的抗紫外线抗氧化性能，提高产品的白度，又可降低生产成本。
中国专利CN105348641A中公开了一种碳酸钙填充阻燃聚丙烯材料及其制备方法，原料组成为聚丙烯树脂25-28份、碳酸钙10-60份、复配阻燃剂1-10份、相容剂1-20份、抗氧剂0.2-0.6份、润滑剂0.2-1.0份、白矿油0.1-0.3份。该发明的阻燃聚丙烯材料阻燃性能优异、力学性能良好、加工性能优异、成本低。
中国专利CN201510884929.X<<<<公开了一种改性橡胶用碳酸钙及其制备方法；本发明包括按重量百分比计算的：碳酸钙90％～98％和超级载体2％～10％；先对碳酸钙进行表面处理，再通过挤出机挤出切粒制得改性橡胶用碳酸钙。
中国专利CN201410507926.X公开了一种抗老化效果增强的改性碳酸钙，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成：碳酸钙90-95、防老剂NBC1-2、丁腈橡胶6-8、PVC废料粉5-6、煅烧黄土粉2-3、2,6-二叔丁基对甲酚1-2、偏苯三酸三己酯2-3、二硫化四甲基秋兰姆1-2、桐油1-1.5、植物蜡1-2、改性二氧化钛3-4；该发明添加了2,6-二叔丁基对甲酚等抗老剂以及多种高分子聚合物进行包覆，改性的碳酸钙强度大，结合力良好。
中国专利CN201410507860.4公开了一种具有阻燃效果的改性碳酸钙，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成：碳酸钙90-95、电石渣粉3-5、蛭石粉3-4、三氧化二锑2-4、石棉纤维1-2、硼酸锌2-3、粉碎坚果壳2-4、丙烯酸异辛酯6-8、乙酰柠檬酸酯5-7、EVA蜡3-5、四溴双酚a1-2、改性二氧化钛3-4；该填料用于生产涂料、颜料、橡胶等助剂。
以上是几项关于纳米碳酸钙制备方法的专利，存在着改性效果具有局限性、产品白度较差、抗氧化抗紫外线性能较差的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的种种不足，提供一种高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙及其制备方法和用途。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙，在制备工艺中通过对反应体系浓度、终止pH值、反应温度、分散剂的配方及包覆剂的选择各项指标进行精准控制，得到粒径为80nm-200nm、白度达到92以上、氧化锌包覆量达到4%、无团聚现象、具有抗紫外抗老化的高性能多用途纳米碳酸钙。
上述高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：
A、首先制备氢氧化钙浆料并向其中加入分散剂，控制反应温度为40℃-60℃，然后通入二氧化碳进行反应，至反应体系pH值降至6.3-6.8时终止反应，得到纳米碳酸钙浆料；
B、在步骤A所得纳米碳酸钙浆料中加入锌酸钠，控制反应温度为55℃-65℃，持续搅拌30min-50min，形成氢氧化锌-碳酸钙初级复合材料浆料；
C、步骤B所得浆料经脱水、干燥，得到初级复合材料的粉料，再经升温处理，使初级复合材料的粉料表面充分失水，得到氧化锌-碳酸钙复合材料，即功能性填料纳米碳酸钙。
作为上述制备方法的一种优选技术方案，步骤A中，所述分散剂采用葡萄酸钠、硬脂酸钠、月桂酸钠、六偏磷酸钠中一种或几种组合；所述分散剂的总用量为纳米碳酸钙重量的1%-3%。
作为上述制备方法的一种优选技术方案，步骤B中，在加入锌酸钠之前先将所述纳米碳酸钙浆料的重量百分比浓度调整为8%-18%。
作为上述制备方法的一种优选技术方案，步骤B中，所述锌酸钠加入量为纳米碳酸钙重量的1%-10%。
作为上述制备方法的一种优选技术方案，步骤B中，在搅拌处理中控制搅拌速度为400r/min-800r/min。
作为上述制备方法的一种优选技术方案，步骤C中，所述升温处理控制最终温度为115℃-150℃，维持1-2h。
作为上述制备方法的一种优选技术方案，步骤C中，在所述终产品中氧化锌的包覆量为纳米碳酸钙重量的2-4%。
作为上述制备方法的一种优选技术方案，该方法包括如下步骤：
A、首先制备氢氧化钙浆料并向其中加入分散剂，控制反应温度为50℃，然后通入二氧化碳进行反应，至反应体系pH值降至6.5时终止反应，得到纳米碳酸钙浆料；其中，所述分散剂采用六偏磷酸钠，分散剂的总用量为纳米碳酸钙重量的2%；
B、在步骤A所得纳米碳酸钙浆料中加入锌酸钠，控制反应温度为60℃，持续搅拌40min，形成氢氧化锌-碳酸钙初级复合材料浆料；其中，在加入锌酸钠之前先将所述纳米碳酸钙浆料的重量百分比浓度调整为15%，锌酸钠加入量为纳米碳酸钙重量的6%；并且，在搅拌处理中控制搅拌速度为600r/min；
C、步骤B所得浆料经脱水、干燥，得到初级复合材料的粉料，升温至130℃，维持1.5h，使初级复合材料的粉料表面充分失水，得到氧化锌-碳酸钙复合材料，氧化锌的包覆量为纳米碳酸钙重量的4%，即得功能性填料纳米碳酸钙。
上述高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙的用途，在橡胶、硅胶、塑料、造纸领域作为填料增加产品的抗氧化抗紫外线性能及亮洁度。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明在制备工艺中通过对反应体系浓度、终止pH值、反应温度、分散剂的配方及包覆剂的选择各项指标进行精准控制，得到粒径为80nm-200nm、白度达到92以上、氧化锌包覆量达到4%、无团聚现象、具有抗紫外抗老化的高性能多用途纳米碳酸钙。可见，本发明的突出优点是具有良好的抗紫外线、抗氧化性能以及较高的白度，能够克服目前已有纳米碳酸钙填料产品白度较低、抗紫外线差、抗氧化性能较差、适应范围较窄的缺点。本发明制备的产品能够应用于橡胶、硅胶、聚丙烯等材料中，可显著提高该材料的抗氧化抗紫外线性能及产品的白度。
具体实施方式
以下实施例详细说明了本发明。本发明所使用的各种原料及各项设备均为常规市售产品，均能够通过市场购买直接获得。
实施例1
（1）纳米碳酸钙浆料的制备
向氢氧化钙浆料中加入六偏磷酸钠，控制pH值6.5，以600r/min的速度搅拌，通入二氧化碳得到重量百分比浓度为15%纳米碳酸钙浆料；
（2）初级复合材料的制备
碳化完成后，在50L反应釜内加入30kg纳米碳酸钙浆料，再加入180g锌酸钠，以600r/min的速度搅拌，锌酸钠水解生成氢氧化锌。氢氧化锌包覆在碳酸钙表面，形成氢氧化锌-碳酸钙初级复合材料浆料；
（3）复合材料的表面处理
浆料经脱水、干燥，得到初级复合材料的粉料。再经130℃升温处理，并维持130℃1.5h，使表面失水，得到氧化锌-碳酸钙复合材料，即功能性填料纳米碳酸钙，该填料纳米碳酸钙表面的氧化锌包覆量为纳米碳酸钙重量的4%。
实施例2
（1）纳米碳酸钙浆料的制备
向氢氧化钙浆料中加入六偏磷酸钠，控制pH值6.5，以400r/min的速度搅拌，通入二氧化碳得到重量百分比浓度为16%纳米碳酸钙浆料；
（2）初级复合材料的制备
碳化完成后，在50L反应釜内加入30kg纳米碳酸钙浆料，再加入180g锌酸钠，以400r/min的速度搅拌，锌酸钠水解生成氢氧化锌。氢氧化锌包覆在碳酸钙表面，形成氢氧化锌-碳酸钙初级复合材料浆料；
（3）复合材料的表面处理
浆料经脱水、干燥，得到初级复合材料的粉料。再经130℃升温处理，并维持130℃1.5h，使表面失水，得到氧化锌-碳酸钙复合材料，即功能性填料纳米碳酸钙，该填料纳米碳酸钙表面的氧化锌包覆量为纳米碳酸钙重量的3.6%。
实施例3
（1）纳米碳酸钙浆料的制备
向氢氧化钙浆料中加入六偏磷酸钠，控制pH值6.3，以600r/min的速度搅拌，通入二氧化碳得到重量百分比浓度为12%纳米碳酸钙浆料；
（2）初级复合材料的制备
碳化完成后，在50L反应釜内加入30kg纳米碳酸钙浆料，再加入180g锌酸钠，以600r/min的速度搅拌，锌酸钠水解生成氢氧化锌。氢氧化锌包覆在碳酸钙表面，形成氢氧化锌-碳酸钙初级复合材料浆料；
（3）复合材料的表面处理
浆料经脱水、干燥，得到初级复合材料的粉料。再经130℃升温处理，并维持130℃1.5h，使表面失水，得到氧化锌-碳酸钙复合材料，即功能性填料纳米碳酸钙，该填料纳米碳酸钙表面的氧化锌包覆量为纳米碳酸钙重量的3.3%。
实施例4
（1）纳米碳酸钙浆料的制备
向氢氧化钙浆料中加入六偏磷酸钠，控制pH值6.3，以600r/min的速度搅拌，通入二氧化碳得到重量百分比浓度为15%纳米碳酸钙浆料；
（2）初级复合材料的制备
碳化完成后，在50L反应釜内加入30kg纳米碳酸钙浆料，再加入150g锌酸钠，以600r/min的速度搅拌，锌酸钠水解生成氢氧化锌。氢氧化锌包覆在碳酸钙表面，形成氢氧化锌-碳酸钙初级复合材料浆料；
（3）复合材料的表面处理
浆料经脱水、干燥，得到初级复合材料的粉料。再经130℃升温处理，并维持130℃1.5h，使表面失水，得到氧化锌-碳酸钙复合材料，即功能性填料纳米碳酸钙，该填料纳米碳酸钙表面的氧化锌包覆量为纳米碳酸钙重量的3.1%。
实施例5
（1）纳米碳酸钙浆料的制备
向氢氧化钙浆料中加入六偏磷酸钠，控制pH值6.3，以600r/min的速度搅拌，通入二氧化碳得到重量百分比浓度为15%纳米碳酸钙浆料；
（2）初级复合材料的制备
碳化完成后，在50L反应釜内加入30kg纳米碳酸钙浆料，再加入180g锌酸钠，以600r/min的速度搅拌，锌酸钠水解生成氢氧化锌。氢氧化锌包覆在碳酸钙表面，形成氢氧化锌-碳酸钙初级复合材料浆料；
（3）复合材料的表面处理
浆料经脱水、干燥，得到初级复合材料的粉料。再经150℃升温处理，并维持150℃1.5h，使表面失水，得到氧化锌-碳酸钙复合材料，即功能性填料纳米碳酸钙，该填料纳米碳酸钙表面的氧化锌包覆量为纳米碳酸钙重量的2.0%。
实施例6
（1）纳米碳酸钙浆料的制备
向氢氧化钙浆料中加入六偏磷酸钠，控制pH值6.3，以600r/min的速度搅拌，通入二氧化碳得到重量百分比浓度为15%纳米碳酸钙浆料；
（2）初级复合材料的制备
碳化完成后，在50L反应釜内加入30kg纳米碳酸钙浆料，再加入180g锌酸钠，以600r/min的速度搅拌，锌酸钠水解生成氢氧化锌。氢氧化锌包覆在碳酸钙表面，形成氢氧化锌-碳酸钙初级复合材料浆料；
（3）复合材料的表面处理
浆料经脱水、干燥，得到初级复合材料的粉料。再经130℃升温处理，并维持150℃2h，使表面失水，得到氧化锌-碳酸钙复合材料，即功能性填料纳米碳酸钙，该填料纳米碳酸钙表面的氧化锌包覆量为纳米碳酸钙重量的3.6%。
以上给出了实施本发明的数个具体实例。本发明在纳米碳酸钙生产过程中，碳化完成后，在碳酸钙浆料中加入锌酸钠，控制纳米碳酸钙浆料pH值，继续通入二氧化碳，锌酸钠水解生成氢氧化锌，氢氧化锌包覆在碳酸钙表面，形成初级复合材料（氢氧化锌--碳酸钙）的浆料；浆料经脱水、干燥，得到初级复合材料的粉料；初级复合材料粉料再经升温处理，使表面失水，得到氧化锌--碳酸钙复合材料，即功能性填料纳米碳酸钙；本发明得到的氧化锌-碳酸钙复合材料，纳米碳酸钙表面包覆氧化锌，通过钙离子参与反应，使得其具有良好的抗紫外线性能和抗氧化性能。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (10)

1.高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙，其特征在于：在制备工艺中通过对反应体系浓度、终止pH值、反应温度、分散剂的配方及包覆剂的选择各项指标进行精准控制，得到粒径为80nm-200nm、白度达到92以上、氧化锌包覆量达到4%、无团聚现象、具有抗紫外抗老化的高性能多用途纳米碳酸钙。
2.权利要求1所述高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
A、首先制备氢氧化钙浆料并向其中加入分散剂，控制反应温度为40℃-60℃，然后通入二氧化碳进行反应，至反应体系pH值降至6.3-6.8时终止反应，得到纳米碳酸钙浆料；
B、在步骤A所得纳米碳酸钙浆料中加入锌酸钠，控制反应温度为55℃-65℃，持续搅拌30min-50min，形成氢氧化锌-碳酸钙初级复合材料浆料；
C、步骤B所得浆料经脱水、干燥，得到初级复合材料的粉料，再经升温处理，使初级复合材料的粉料表面充分失水，得到氧化锌-碳酸钙复合材料，即功能性填料纳米碳酸钙。
3.根据权利要求2所述的高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述分散剂采用葡萄酸钠、硬脂酸钠、月桂酸钠、六偏磷酸钠中一种或几种组合；所述分散剂的总用量为纳米碳酸钙重量的1%-3%。
4.根据权利要求2所述的高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：步骤B中，在加入锌酸钠之前先将所述纳米碳酸钙浆料的重量百分比浓度调整为8%-18%。
5.根据权利要求2所述的高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：步骤B中，所述锌酸钠加入量为纳米碳酸钙重量的1%-10%。
6.根据权利要求2所述的高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：步骤B中，在搅拌处理中控制搅拌速度为400r/min-800r/min。
7.根据权利要求2所述的高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：步骤C中，所述升温处理控制最终温度为115℃-150℃，维持1-2h。
8.根据权利要求2所述的高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：步骤C中，在所述终产品中氧化锌的包覆量为纳米碳酸钙重量的2-4%。
9.根据权利要求2-8任一项所述的高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
A、首先制备氢氧化钙浆料并向其中加入分散剂，控制反应温度为50℃，然后通入二氧化碳进行反应，至反应体系pH值降至6.5时终止反应，得到纳米碳酸钙浆料；其中，所述分散剂采用六偏磷酸钠，分散剂的总用量为纳米碳酸钙重量的2%；
B、在步骤A所得纳米碳酸钙浆料中加入锌酸钠，控制反应温度为60℃，持续搅拌40min，形成氢氧化锌-碳酸钙初级复合材料浆料；其中，在加入锌酸钠之前先将所述纳米碳酸钙浆料的重量百分比浓度调整为15%，锌酸钠加入量为纳米碳酸钙重量的6%；并且，在搅拌处理中控制搅拌速度为600r/min；
C、步骤B所得浆料经脱水、干燥，得到初级复合材料的粉料，升温至130℃，维持1.5h，使初级复合材料的粉料表面充分失水，得到氧化锌-碳酸钙复合材料，氧化锌的包覆量为纳米碳酸钙重量的4%，即得功能性填料纳米碳酸钙。
10.权利要求1所述高亮白抗紫外抗老化功能性填料纳米碳酸钙的用途，在橡胶、硅胶、塑料、造纸领域作为填料增加产品的抗氧化抗紫外线性能及亮洁度。
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