[发明专利]碳酸钙表面改性剂与碳酸钙与改性剂的组合物及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳酸钙与改性剂的组合物。

背景技术

众所周知，碳酸钙是一种应用极为广泛的无机填料，可应用到塑料、橡胶、涂料、胶黏剂等制品中，特别是纳米碳酸钙，由于其粒径小，比表面积大，添加到基体材料中可以有效的提高材料的力学性能和加工性能。但由于碳酸钙与基体树脂相容性不好，碳酸钙容易在树脂基体中团聚，造成结构缺陷，导致制品的质量不稳定，难以适应市场的需求，也限制了它在市场上的应用。

公开的碳酸钙表面处理剂有多种，一种是用偶联剂。偶联剂一端为亲无机物的基团，可以和纳米碳酸钙粒子的官能团反应，形成牢固的化学键，另一端为亲有机物的基团，与聚合物分子链发生化学反应，偶联剂的存在把两种极性相差较大的材料紧密结合起来。例如，铝酸酯偶联剂改性的纳米粒子表面活性能明显减小，粒子间团聚倾向降低，粒子在聚氯乙烯基体中可以均匀的分散。第二种是用脂肪酸或脂肪酸盐表面改性。脂肪酸或脂肪酸盐的羧基可以与碳酸钙表面产生作用，同时脂肪酸的一端有较长的碳链，可以与树脂基体很好的相容。第三种是用磷酸酯表面改性碳酸钙。磷酸酯类改性剂主要是通过磷酸酯(ROPO₃H^-)与CaCO₃表面的Ca²⁺形成磷酸钙盐，沉积在纳米碳酸钙表面，使纳米CaCO₃表面由亲水变为亲油型，提高纳米粒子与树脂基体的相容性，从而增强复合材料的力学性能。第四种是通过聚合物改性。聚合物改性是近年来发展的一种新方法，主要分为聚合物包覆改性和原位聚合包覆改性。聚合物包覆改性主是将聚合物溶解在适当的溶剂中，然后与纳米碳酸钙混合，使聚合物逐渐的吸附在纳米碳酸钙表面从而形成包膜。原位聚合改性先使单体吸附在纳米碳酸钙表面，然后在碳酸钙表面引发聚合反应而形成的一层包膜。聚合物改性主要是通过物理吸附或化学键合的方法在纳米碳酸钙表面形成一层包膜，可以阻止纳米碳酸钙表面团聚，改善分散性，使碳酸钙粒子可以在树脂基体中均匀地分散。

虽然目前对碳酸钙表面改性的方法很多，但这些改性方法都具有一定的局限性，采用聚合物改性的方法一般需要较大用量比例，而且聚合物本身的成本比较高，若采用有机溶剂溶解后再包覆，则还会产生有机物对空气和水的污染。磷酸酯、钛酸酯、铝酸酯和硼酸酯及盐的价格较高，会大大提高碳酸钙粒子的价格，尚未见其大规模的应用于纳米碳酸钙的处理。硬脂酸和硬脂酸钠虽然因其较高的性价比在全球范围内的碳酸钙粒子生产领域中具有最广泛的应用，但硬脂酸由于在水中的溶解性差，实际应用时需要加入大量的碱性物质如氢氧化钠等来配合使用，这会使改性后的碳酸钙粒子表面的pH值偏高，在聚合物中应用时会带来负面影响，同时羧酸基团与碳酸钙的作用力较弱，难以形成碳酸钙表面均匀的包覆，碳酸钙粒子裸露的部分之间在干燥时会局部团聚，于聚合物混合加工时难以分散，即使采用能溶于水的硬脂酸钠，由于其在水中形成亲水基团朝外的胶束结构，在与碳酸钙粒子作用时，羧酸基团与碳酸钙较小的作用力也难以完全破坏胶束，局部会形成多分子层的包覆(参见：Shiet.al,OntheCoatingofPrecipitatedCalciumCarbonatewithStericAcidinAqueousMedium,Langmuir,2010,26(11),8474-8482),且外层的硬脂酸盐的亲水性基团朝外，降低了粒子的亲油性，聚合物基料中分散性存在一定的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供碳酸钙表面改性剂与碳酸钙与改性剂的组合物及制备方法，以克服上述背景技术所存在的缺陷。

所述碳酸钙与改性剂的组合物，由如下重量百分比的组分组成：

碳酸钙85～99wt％

改性剂1～15wt％

优选地，碳酸钙与改性剂组合物的重量百分比为：

碳酸钙：92～98.2wt％

改性剂：1.8～8wt％

所述改性剂为具有如下的分子结构的化合物：

其中，

R₁为C₁～C₁₈的亚烷基或亚苯基；

R₂为H或C₁～C₄的烷基；

R₃为C₄～C₂₀的亚烷基。

优选地，

R₁为C₂～C₁₆的亚烷基或亚苯基；