[发明专利]室温硫化硅酮胶用纳米碳酸钙表面改性的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及无机材料表面改性方法，具体涉及一种室温硫化硅酮胶用纳米碳酸钙表面改性的方法。

技术背景：

硅酮胶具有极佳的弹性、耐化学腐蚀和高低温性能，是建筑、汽车、太阳能、交通、电子等领域中不可缺少的粘结和密封材料，也是环保、节能产业应用的重要新型材料。室温硫化硅酮胶具有极好的韧性，但是强度较低，未经补强处理的硅酮胶基本没有实用价值。高品质纳米碳酸钙应用于高分子材料不仅能起到增量填充作用，还可以赋予一些聚合物复合材料较好的加工性能，提高复合材料力学性能，美化制品外观，起到功能化改性作用。在硅酮密封胶加工业中，纳米碳酸钙已成为不可或缺的重要填料，具有显著增强效应，还赋予密封胶优异的触变性，可以替代相当一部分昂贵的纳米SiO₂。

未经处理的纳米碳酸钙因尺寸较小，粒子间吸附力与自身重力相当，而且表面亲水疏油，与聚合物相容性差，难以分散于复合材料中。分散欠佳的纳米碳酸钙不仅严重影响制品外观，尺寸较大的团聚体还易形成材料内部缺陷，对聚合物材料不能达到理想的增强效果。为解决这些问题，表面改性是实现纳米碳酸钙对聚合物材料功能化填充的必然选择，它是纳米碳酸钙制备过程中决定产品品质的重要操作单元。

以脂肪酸或其盐对纳米碳酸钙进行表面改性是大家熟知的技术，由于硬脂酸具有低价高效的经济性，是世界范围内应用普遍的碳酸钙表面处理剂。但是，硬脂酸具有较高的熔点，即使在加热辅助下也不易在水中分散，而且硬脂酸与碳酸钙之间弱酸-弱碱反应性低，要形成处理剂对纳米碳酸钙的较均匀包覆需要在较长的时间，较高的机械力和较高的温度作用下进行，研究表面即使在这样的情况下碳酸钙与硬脂酸间化学键合作用也并不强[邹海魁等，纳米CaCO3的制备、表面改性及表征，中国粉体技术，2001，7(5)，15-19]。这样的表面处理过程成本过高，而且纳米碳酸钙局部团聚难以解决，粒子间硬团聚不可避免。硬脂酸与氢氧化钠强碱反应后形成硬脂酸盐可溶于水，可用于纳米碳酸钙在室温下表面改性，而且产品分散性得到提高。中国发明专利CN99816053.9报道了一种碳酸钙的改性方法，采用脂肪酸或树脂酸的皂化液作为表面改性剂。日本专利JP04006105采用硬脂酸钠和油酸钠的混合物对碳酸钙进行表面改性。中国专利CN03139919.3报道了采用两种改性剂对硅酮胶用碳酸钙表面处理的方法，其中第一种改性剂是以硬脂酸为主体，掺入适量白油，经氢氧化钠皂化而成的乳液；第二种改性剂以石蜡经氨水乳化而成的乳化液。中国发明专利CN200910111962.3和CN201110061918.3也涉及到了用脂肪酸或脂肪酸钠盐对用于硅酮胶纳米碳酸钙的表面处理。但是由于硬脂酸经强碱皂化后表面处理的碳酸钙pH较高，填充室温硫化硅酮胶耐水性能差，容易出现凝胶化，使得成品胶储存期大大缩短，甚至无法使用。

发明内容：

本发明的目的：是为了克服现有脂肪酸和强碱皂化硬脂酸表面处理纳米碳酸钙技术之不足，提供一种室温硫化硅酮胶用纳米碳酸钙表面改性的方法，使表面处理的纳米碳酸钙更为适于填充室温硫化硅酮胶。

本发明的技术方案：

一种室温硫化硅酮胶用纳米碳酸钙表面改性的方法，先在反应釜中加入定量的纳米碳酸钙浆液，加热至设定温度，然后在搅拌辅助下加入尿素和脂肪酸完成表面改性，其工艺步骤包括：

(1)将纳米碳酸钙浆液加入反应釜中，加热，搅拌，得到纳米碳酸钙悬浮浆液；

(2)纳米碳酸钙悬浮浆液在搅拌下加入尿素和脂肪酸，持续搅拌完成纳米碳酸钙的改性；

(3)将改性纳米碳酸钙浆液降温，过滤，干燥，粉碎，得到表面改性纳米碳酸钙产品。

以上所述的纳米碳酸钙浆液，pH值为8.5-9.5，纳米碳酸钙的比表面积(BET)为18-60m2/g。

以上所述的加热，控制温度为85-95℃。

以上所述的脂肪酸包括月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸和油酸中一种或多种组成的混合物，加入量为浆液中纳米碳酸钙质量的1.8-6.0％。

以上所述的尿素，其用量是脂肪酸质量的10-40％。

以上所述的持续搅拌，时间为30-200min。

以上所述的干燥，采用温度85-150℃的热风干燥，控制产物最终水含量低于0.3％。

以上所述的粉碎，采用涡流粉碎机或者针磨机设备。

本发明的突出特点和显著进步：