[发明专利]水性高含量纳米碳酸钙分散体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米碳酸钙分散体及其制备方法，尤其涉及涂料、颜料和填料浆料化及其应用领域中水性高含量纳米碳酸钙分散体及其制备方法和应用。

背景技术

与面砖、花岗岩、马赛克、铝合金玻璃幕墙等装饰材料相比，建筑涂料具有成本低、安全性高、装饰性好、易于更新、对环境污染小等优点，在工业发达国家，建筑外墙采用高级涂料装饰的达80～90％，建筑涂料占涂料总产量的50％左右。在我国，随着国家和各级政府部门对玻璃幕墙、地面砖等建筑材料的限制使用，建筑涂料在我国涂料生产中占有越来越重要的地位，这为建筑涂料的发展提供了动力。

纳米材料是近年来兴起的一种全新功能材料，它以微小的粒径和独特的效应而具有与众不同的性质，在很多领域都有良好的应用前景。其应用于涂层材料的主要是纳米TiO₂、纳米ZnO、纳米SiO₂、纳米Ag₂O等，作为功能材料应用于杀菌、自清洁及提高涂膜性能等方面。纳米碳酸钙应用于涂料中，能够提高涂料的的耐沾污性、耐刷洗性、触变性、耐水性、耐碱性和耐老化性等。纳米碳酸钙是目前少数几种能规模化工业生产的纳米材料之一，其产量大，价格相对较低，因而为其实际应用创造了条件。但由于纳米碳酸钙粒子的超细化，其表面极性大，表面能高，容易吸附而发生团聚，形成二次粒子，其粒径变大而最终失去纳米粒子所具有的特殊功能，因此，往往需要对纳米粒子表面进行改性，以降低纳米粒子的表面能，提高粒子与乳液的亲和力，减弱粒子的表面极性。然而，即使纳米碳酸钙经过表面处理，但最终一般是以粉体或者滤饼形式存在，即仍然是一种聚集状态，使用时必须进行再次分散，分散的速度过低纳米碳酸钙极易团聚而丧失纳米级的小尺寸效应和表面效应，分散速度过高会破坏乳液的稳定性。因此，如何实现纳米碳酸钙稳定分散是其应用时必须解决的最关键也是最困难的问题之一。因而一种水性、高含量、稳定的纳米碳酸钙分散体成为市场的急需。

发明内容

为克服上述技术缺陷，本发明提供了一种水性涂料专用的水性高含量纳米碳酸钙分散体及其制备方法，该纳米碳酸钙分散体固含量高、粒径可达纳米级，应用于涂料中能取代等质量的纳米碳酸钙粉末，易于分散，并能改善涂料的耐沾污性、耐刷洗性、耐水性、耐碱性等。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种水性高含量纳米碳酸钙分散体，由以下按总质量百分比计的各组分组成：

纳米碳酸钙：40.0～60.0wt.％，

表面改性剂：5.0～10.0wt.％，

润湿剂：2.0～6.0wt.％，

分散剂：6.0～15.0wt.％，

功能添加剂：5.0～10.0wt.％，

pH值调节剂：0.2～0.5wt.％，

余量为去离子水；

所述分散剂由单体A：单体B：和单体C：聚合反应制备而成，其中R为H和C₁～C₄₅烷基中的一种，R₁、R₂、R₃和R₄为彼此独立的R、-O-C₁～C₃₀烷基和-NH₂中的一种，其中n为1～30的整数；

所述表面改性剂为含羟基或氨基的脂肪酸类表面活性剂、含羟基或氨基的脂肪酸盐类表面活性剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和铝酸偶联剂中的至少一种。所采用的表面改性剂能够消除纳米碳酸钙表面的高势能，并可定向吸附在纳米碳酸钙的表面，使其表面具有电荷特性，从而使物理与化学吸附共存，这样形成的吸附层较稳定，使得纳米碳酸钙不易聚合，从而提高其润湿分散性和稳定性。

本发明进一步技术方案是：

所述纳米碳酸钙是任何可在水性体系中稳定分散的纳米碳酸钙粉体，如山东盛大科技股份有限公司、安徽巢东纳米材料科技有限公司、山东海泽纳米材料有限公司和常州碳酸钙有限公司生产的纳米碳酸钙，特点为其晶型为立方体或纺锤形，粒径10～100nm，白度大于90％。

所述润湿剂为烷基聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪胺聚氧乙烯醚中的至少一种。

所述功能添加剂为防霉杀菌剂、聚乙二醇助溶剂和有机硅类消泡剂中的至少两种。