[发明专利]立方形CaCO3@SiO2复合粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于二氧化硅改性纳米碳酸钙技术领域，尤其涉及一种立方形CaCO₃SiO₂复合粒子及其制备方法。

背景技术

碳酸钙是一种重要的无机材料，随着纳米技术的发展，新兴的纳米碳酸钙已作为一种性质更为优异的无机填料，广泛应用于橡胶、塑料、造纸、高级油墨、涂料、医药、食品、化妆品等领域。碳酸钙在增白、补强、替换降低聚合物总成本方面相比与其他填料有着明显的优势，同时碳酸钙原料来源广，制备过程易于控制，成本低。有资料显示，目前碳酸钙作为聚合物填料的使用量高达80％。工业上，碳化法常为制备纳米碳酸钙的主要生产方法，而其中存在二氧化碳在溶液中分散不均、利用率不高的缺点，制得的碳酸钙粒径大小不均、晶型各异。

纳米碳酸钙经二氧化硅包覆后得到纳米CaCO₃SiO₂复合粒子，大大增加了其在橡胶、塑料、造纸、涂料及高分子等行业的应用。经二氧化硅包覆的纳米碳酸钙复合材料，可以同时体现碳酸钙和二氧化硅的特性。在某些领域可以用来替代较为昂贵的白炭黑，提高经济效益。目前制备纳米CaCO₃SiO₂复合粒子主要是通过二氧化硅粒子或硅酸钠对制备完成的碳酸钙进行表面改性，其工艺大致分为以下三种：

一、方京男等^[1]和杨金鑫等^[2]将1μm碳酸钙和30-40nm二氧化硅粒子以1000rpm搅拌一段时间，得复合粒子前驱体，再加入六甲基二硅胺(HMDS)，于140℃反应5h，得到表面修饰的CaCO₃/SiO₂复合粒子、CaCO₃粒子和纳米SiO₂粒子。但该法操作过程分为两步、较复杂，另外成品且含有CaCO₃粒子和纳米SiO₂粒子等非目标产物。

二、刘润静等^[3]、江晓翊等^[4]和刘国军等^[5]分别以自制碳酸钙和40-60nm成品碳酸钙为原料，加入硅酸钠，于80-85℃条件下用H₂SO₄调节pH＝5-9，陈化2-4h，经过滤、洗涤、干燥得CaCO₃/SiO₂复合粒子，但该法制备的复合粒子多以球形或其他不规则形状存在，且粒子大小不均，操作过程中还引入了SO₄^2-杂质。

三、马翠翠等^[6]、华益苗等^[7]和师琦等^[8]分别以自制50-70nm碳酸钙和70nm成品碳酸钙为原料，在80-90℃条件下，滴加硅酸钠，同时通入CO₂以保持体系的pH＝8-9，最后陈化2-4h，经洗涤、过滤、干燥得60-80nmCaCO₃/SiO₂复合粒子，但该法分为两步、操作复杂，所制得的复合粒子大小不均，晶型各异，且改性过程中引入了较多的Na⁺。

[1]方京男，洪碧圆，童威，等.基于CaCO₃/SiO₂复合粒子的超疏水表面制备[J].浙江大学学报(理学版)，2011-3，38(2)：189-193.

[2]杨金鑫，文秀芳，皮丕辉，等.CaCO₃SiO₂复合粒子涂层的表面结构及其疏水性能研究[J].无机材料学报，2009，24(1)：91-96.

[3]刘润静，邹海魁，郭奋，等.核壳结构型纳米CaCO₃SiO₂·nH₂O复合粒子的制备[J].材料研究学报，2001，15(1)：61-64.

[4]江晓翊，谢刚，耿凯，等.应用CaCO₃SiO₂纳米复合技术改性聚丙烯的研究[J].黑龙江大学自然科学学报，2010-2，27(1)：96-125.

[5]刘国军，曾汉民.纳米CaCO₃/SiO₂核-壳结构复合粒子的制备[J].宇航材料工艺，2003(3)：57-61.