[发明专利]含纳米碳酸钙和聚合物的塑料增韧剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含纳米碳酸钙和聚合物的塑料增韧剂及其制备方法。

背景技术

碳酸钙作为橡塑制品的填料，可以提高制品的耐热性、耐磨性、尺寸稳定性、抗冲击性、硬度、刚度及可加工性，并降低橡塑制品的单位成本。通常，碳酸钙产品具有较强的碱性，而且是亲水疏油性的，与聚合物的亲和性差，在聚合物中的分散较为困难。随着碳酸钙填充量的增加，这些缺点更加明显，甚至使制品丧失使用价值。近年来，纳米技术兴起，纳米碳酸钙和超细碳酸钙广泛应用在各个领域。

但由于超细碳酸钙粒径变小，表面原子数增多，表面能增高，吸附作用增强，粒子间趋于相互团聚，从而导致粒子在聚合物基体中不能很好地分散；此外碳酸钙亲水疏油的共性使其与聚合物易形成界面缺陷。为了改善纳米碳酸钙和超细碳酸钙的分散性以及与聚合物相容性，发挥其增韧、补强功能，有必要对纳米和超细碳酸钙进行表面改性，发挥其纳米效应，使其成为一种功能性改性材料，从而拓宽其应用领域。

表面改性剂的研究是粉体改性的重要领域之一，也是粉体深加工和新型复合材料等领域研究的新热点。碳酸钙的活性改性实际上就是选择特定的表面改性剂，对碳酸钙颗粒表面进行包覆处理，使之成为功能填充材料。表面改性剂的种类和改性工艺将直接影响表面改性效果。

常用的表面改性剂和改性方法有：有机物改性剂、无机物改性剂、偶联剂、聚合物改性剂、等离子体处理和辐照处理等。

改性剂在碳酸钙粉体表面的吸附、包覆、成膜或与表面物质发生化学反应，均可实现对碳酸钙改性的目的。目前用于表面改性的方法主要有表面化学反应改性、沉淀化学反应改性、表面包覆改性、微乳液改性、高能表面改性等。表面化学反应改性碳酸钙过程中要利用表面改性剂，常用的表面改性剂有钛酸酯、铝酸酯等偶联剂，磷酸酯、脂肪酸(盐)等表面活性剂和无机物等。碳酸钙的表面改性工艺有干法和湿法。碳酸钙干法改性是将干燥的碳酸钙粉体与表面改性剂按照一定的配比在表面改性设备中分散混合，控制一定温度进行碳酸钙表面改性的技术。

碳酸钙的湿法改性是指在一定固液比的碳酸钙悬浊液中添加表面改性剂和助剂，在控制一定温度下进行表面改性的技术。

中国专利200410028166.0公开了一种改性纳米碳酸钙的制备方法，是在纳米碳酸钙或硬脂酸改性纳米碳酸钙干粉中加入间苯二酚或间苯二酚给予体和亚甲基给予体，制得改性纳米碳酸钙。或者，在纳米碳酸钙或硬脂酸改性纳米碳酸钙干粉中加入间苯二酚与六亚甲基四胺络合物(RH)，制得改性纳米碳酸钙。得到的改性纳米碳酸钙表面包覆了一层间苯二酚和六亚甲基四胺，并通过氢键等方式产生牢固的结合，可与聚合物基体发生化学或物理结合，从而增强其界面结合。

中国专利02121034.9中公开了一种改善纳米碳酸钙粒子疏水性的表面处理方法，采用乳液聚合得到的丙烯酸酯类共聚物乳液作为表面改性剂在搅拌的条件下对纳米碳酸钙浆液处理而实现对纳米碳酸钙粒子疏水性的改善。

中国专利200510023580.7公开了一种纳米碳酸钙的改性方法，具体说是纳米碳酸钙乳液的活化方法。采用双子星表面活性剂二磷酸酯盐作为改性剂，对碳化法制备得到的纳米碳酸钙乳液进行包覆活化处理，其制备方法是首先将纳米碳酸钙配成乳液，加入上述的表面改性剂，搅拌。最后将经上述处理后的纳米碳酸钙乳液趁热过滤，弃去滤液，干燥，粉碎，过筛即得活性纳米碳酸钙成品。

上述已有技术仅仅是对纳米碳酸钙的表面进行活化处理，对改善纳米碳酸钙在极性塑料(如PVC)中的分散性有一定的效果。所用的处理剂的分子量较小，对塑料增韧和对塑料的抗冲击强度等方面产生将负面的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种含纳米碳酸钙和聚合物的塑料增韧剂及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的思路是，设计一种高分子量的聚合物，这种聚合物适合于碳酸钙湿法表面处理，制备得到的塑料增韧剂具有对塑料增韧的功效。

本发明的方法，包括如下步骤：

将pH为7-10的含有聚合物的有机溶剂，加入纳米碳酸钙含量为0.8-2.0mol/L的热的水性悬浮液中，搅拌1-3小时，然后从收集所说的增韧剂；

热的水性悬浮液的温度为40-100℃，最好是在65-95℃；

所述pH可采用氨水，NaOH水溶液或KOH水溶液进行调节；

有机溶剂选自正丁醇、异丙醇、2-甲氧基乙醇、丙二醇甲醚、苯乙酮或丁酮中的一种或几种，有机溶剂中，聚合物的重量浓度为60～90％，聚合物的用量为纳米碳酸钙质量的1-20％(wt)，最好是3-15％(wt)；