[发明专利]一种具有“壳—核”结构的塑料母料及专用树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碱性无机粉体材料的表面处理方法，特别是涉及稀土助剂改性的具有“壳一核”结构的碱性无机材料塑料母料及专用树脂的制备方法。

背景技术：

在塑料、橡胶、油墨和涂料以及各种复合材料加工过程中，为达到增量和降低成本的目的，大量使用了以碳酸钙为代表的一类传统型无机钙盐或其氧化物或含钙碱性无机材料。近年来随着复合材料的快速发展以及以石油为原料的合成树脂量减价涨，要求人们在保证塑料、橡胶制品性能的同时，大量添加无机粉体填料，无任轻质碳酸钙还是重质碳酸钙，难以满足使用者的要求。对无机粉体进行必要的改性以获得高性能的活性填料已经成为近年来无机粉体材料的研究热点。

碳酸钙等无机粉体材料来源于自然回归于自然，是可再生资源，环境协调性良好，与石化树脂相比价格相对便宜，随着无机粉体超细化和表面处理技术的飞速发展，合理使用不仅能降低成本，还可改善塑料性能或赋予新的功能，如塑料的阻燃性能和可环境消纳性能等。

无机粉体改性塑料环境友好材料具备了经济性、使用性、舒适性和环境协调性等4个基本特性，是一种典型的环境友好材料，目前无机粉体改性塑料已成为实现塑料与环境协调发展主导产品。

对无机粉体的改性研究，日本起步于20世纪的20年代，在国际上处于领先的地位，美国在这一方面的研究也非常的活跃，尤其是各种偶联剂研制成功后对活性碳酸钙及其在塑料、橡胶、涂料在工业上的应用起到积极的推动作用。20世纪80年代未，我国以黄锐、章文贡等为代表的改性塑料专家开发了一系列“无机填充型多功能改性塑料填充母料”，使我国无机粉体改性塑料技术处于国际先进水平的地位。但早期的研究主要是应用微纳米碳酸钙，近年来滑石粉、白云石等特殊结构的填料也被开发用于提高材料的韧性，而氢氧化镁、氢氧化铝即被用于开发绿色无卤阻燃材料。然而无机粉体氧化钙是碱性物质，在空气中易吸收水分，容易和二氧化碳等酸性物质起反应。如果将氧化钙填充到塑料中，不仅可吸收加工过程的水份，在塑料使用废弃后可吸收水和二氧化碳，致使无机粉体从塑料中脱落，还能在后期焚烧处理中吸收尾气，减少有害气体的产生量，这将使塑料具有一定的可环境消纳性能。氢氧化钙(Ca(OH)₂)能与许多酸性气体发生反应，在有毒有害气体泄漏、固废焚烧尾气吸收、消毒杀菌等环境保护和水处理领域发挥着很大作用。如果能成功地将它们大量地添加到塑料中，作为塑料的可环境消纳助剂使用，可在聚烯烃塑料废弃物处理时，具有一定的可环境消纳性能，如酸性崩解性、促进焚烧、防止有害气体的产生等。具体公开的成果有：杨玲敏在《天津橡胶》(1998，1：4-10)中发表了“干燥剂-油性氧化钙用于橡胶和塑料中”；吴学斌等在《新疆化工》(2003，2：12-14)发表了新材料氧化钙在轮胎中的应用研究；福建师范大学许兢等在《塑料加工》(2004，39(2)：35-38)发表了“纳米氢氧化钙在可环境消纳塑料中的应用研究”；刘欣萍等在《福建师范大学学报》(2006，22(3)：68-70，117)发表了“无机粉体氧化钙改性聚乙烯的应用研究”，并在《化工新型材料》(2006，34(1)：61-62，71)发表了“胶囊化氢氧化钙改性PVC的研究”。涉及的专利技术有：闫万琪的“塑料消泡母料的制备方法”(200410012555.4，CN1616533，2005-05-18)等。

从已见的有关氧化钙和氢氧化钙作应用于塑胶方面公开文献看，氧化钙和氢氧化钙作为碱性无机粉体在塑料中多是用作吸水母料，把其作为改性基体树脂的填充母料却鲜见研究报道。工业上填充在塑料中的碳酸钙需经过石灰石煅烧后得到氧化钙，氧化钙再经过消化、碳化才能得到所需的轻钙，若直接把石灰石煅烧后所得氧化钙填充到塑料中，既简化了工艺，又可以节约能源，大大提高了社会和经济效益。氧化钙经过消化就可以得到氢氧化钙，氢氧化钙属于碱性氢氧化物，结构和性质类似于Mg(OH)₂，Al(OH)₃，因而可以考虑其作为填充母料和可环境消纳母料，也可作为阻燃母料使用。

如何开发出“经济性、功能性和环保性协调统一的专用树脂”，无机粉体改性塑料是实现其经济和环保性的最佳手段。稀土元素是位于元素周期表中第三族、第六周期中的镧系元素，也包括性质相似的钪和钇在内的各种元素。由于其具有4fx5d16s2特殊的电子层结构，电价高、半径大、极化力强、化学性质活泼及能水解等性质，故其应用十分广泛。利用稀土改性无机粉体实现无机粉体的多功能化比通过橡胶改性有其明显的技术优势，同时更具有中国特色。

发明内容