[发明专利]碳酸钙表面改性剂及其制备和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于碳酸钙的表面改性剂。

背景技术

碳酸钙是一种使用广泛的无机填料，可应用到聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、聚合物涂料等橡塑制品中，特别是纳米碳酸钙，由于粒径小、比表面积大、表面活性高，添加适量到基体材料中后可以明显提高材料的强度、模量、热变形温度、加工流动性能等。但碳酸钙的亲水性强，极性比一般的聚合物高，至纳米级别后更具有很高的表面活性，在聚合物制品的加工过程中，熔体与碳酸钙的相容性差，难以自动润湿碳酸钙表面，碳酸钙粒子非常容易团聚，对制品力学性能的提高帮助不大，甚至会因为团聚而形成结构缺陷，在制品受力时产生应力集中导致性能下降，所以碳酸钙的表面改性就成为了其对聚合物基体填充效果好坏的关键因素，实质为实现其表面的疏水亲油性质的适当转变，改善其在基体中的分散情况，同时提高其与基体的界面结合强度，如此才能最大限度地发挥聚合物和无机材料的复合效应，提高材料的性能或者在满足制品应用性能的前提下降低成本。

碳酸钙的表面改性方法主要有表面活性剂法和聚合物表面包覆改性法等，专利文献CN200510023580采用磷酸酯盐对碳酸钙粒子进行表面改性；专利文献CN200410084711采用钛酸酯盐、铝酸酯盐和硼酸酯盐对碳酸钙粒子进行表面改性；专利文献CN02104084中将碳酸钙粒子与聚合物在溶剂中搅拌，溶解的聚合物在碳酸钙粒子表面形成膜层进行改性；专利文献CN200810202324、CN200810139994、CN200910010550和CN200910044155中将碳酸钙粒子与聚合物乳液混合搅拌对碳酸钙粒子进行改性；另有在碳酸钙粒子表面通过单体聚合形成聚合物包覆层的方法进行改性[丁凤翔等，微悬浮法CaCO₃表面接枝PMMA及其在PVC中的应用，高分子材料科学与工程，2006,22（6），192-196]。但这些方法或者改性剂价格较高，或者改性工艺繁琐，所以目前碳酸钙粒子大部分是采用价格低廉的硬脂酸进行表面处理，碳酸钙于水相中生成后对其进行包覆，然后过滤、干燥，例如专利文献CN200910196953和CN201110061918都采用硬脂酸或盐对碳酸钙粒子表面进行改性。经过硬脂酸改性后，碳酸钙表面极性明显降低，但是在极性稍高的聚合物如聚氯乙烯中，改性碳酸钙较低的表面极性又难以与此类聚合物相容，在加工时又会形成团聚体，降低制品的力学性能，所以要针对碳酸钙填充的基体来设计碳酸钙的改性剂，使其表面性质与基体材料相容，才能达到最好的填充效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术对碳酸钙粒子表面改性的不足，公开一种碳酸钙表面改性剂及其制备方法和使用方法。

本发明所述碳酸钙表面改性剂，为具有如下结构式的化合物：

其中：

n为0-7的整数；

M为-NH₄或碱金属原子；

R₁为C₀-C₁₈的亚烷基、亚苯基或为C₂-C₁₈的含有O的杂碳链；

R₂为C₂-C₈的亚烷基或为C₂-C₁₈的含有O的杂碳链；

R₃为C₄-C₁₈的烷基或为C₂-C₁₈的含有O的杂碳链；

当所述R₁为C₀的特别情形下，所述化合物的结构特指：

优选的：

所述n为0-5的整数；

R₁为亚苯基、亚环己基、(CH₂)₂、(CH₂)₄、(CH₂)₆等基团；

R₂为(CH₂)₂、CHCH₃、CH₂CH₂OCH₂CH₂、CH₂CH₂OCH₂CH₂OCH₂CH₂等基团；