[發(fā)明專利]一種微納級重質(zhì)碳酸鈣分散改性多功能助劑及其制備方法

無效

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• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102504607A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧劍如;周思宇
• 申請（專利權(quán)）人: 張家界恒亮新材料科技有限公司
• 主分類號: C09C1/02
• 分類號: C09C1/02;C09C3/10;C08F220/18;C08F220/06;C08F8/44;C08K9/10;C08K3/26;C08L101/00
• 代理公司: 張家界市慧誠商標(biāo)專利事務(wù)所 43209
• 代理人: 高紅旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微納級重質(zhì)碳酸鈣濕磨分散改性多功能助劑，更具體地說，是一種含有羧基和酯基的碳酸鈣分散改性多功能助劑及其制備方法。

背景技術(shù)

重質(zhì)碳酸鈣儲(chǔ)量充沛，色澤好，硬度低并且化學(xué)穩(wěn)定，因而常常作為塑料、橡膠、化纖等的填充成分，補(bǔ)強(qiáng)材料。它可以降低塑料、橡膠、化纖、油墨、油漆等的生產(chǎn)成本，節(jié)約大量的有機(jī)資源。由于碳酸鈣顆粒表面能高，處于熱力學(xué)非穩(wěn)定狀態(tài)，極易聚集成團(tuán),?從而影響了超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的實(shí)際應(yīng)用效果，重質(zhì)碳酸鈣作為這些材料的填料，其顆粒要細(xì)微，粒度要達(dá)到2μm，一般干磨碳酸鈣只能研磨到14μm左右，要得到超細(xì)的顆粒粉體，就得將碳酸鈣在濕磨狀態(tài)下充分研磨，在濕磨過程中要加入一定量的分散劑，以防止碳酸鈣顆粒團(tuán)聚；另外，碳酸鈣表面有許多羥基，表面極性很強(qiáng)，具有親水疏油特性，與很多有機(jī)高分子材料熱力學(xué)不溶，易和基體產(chǎn)生界面缺陷，要想得到填充性能好的碳酸鈣粉體，就必須對碳酸鈣表面進(jìn)行有機(jī)改性。

目前，用于防止碳酸鈣團(tuán)聚的分散劑一般有聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、含16～18個(gè)碳原子的高級脂肪酸、樹脂酸類等；改性劑一般包括硬脂酸，硅酸酯、鈦酸酯和鋁酸酯等偶聯(lián)劑，但是除鋁酸酯偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑外，包括硅烷偶聯(lián)劑在內(nèi)的有機(jī)改性劑主要是通過物理作用(范德華力、氫鍵等)吸附于CaCO₃粒子表面，結(jié)合力不強(qiáng)，并且價(jià)格昂貴，沒有大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)化，而應(yīng)用廣泛的硬脂酸由于烷基鏈比較長，分子呈非極性，經(jīng)硬脂酸改性后的碳酸鈣填充于一些帶有極性的基體樹脂（尼龍、聚酯、環(huán)氧）中，會(huì)出現(xiàn)與基體熱力學(xué)不相容的界面缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備微納級重質(zhì)碳酸鈣的創(chuàng)新思路，將分散與改性相結(jié)合，合成出分散改性多功能助劑，該助劑既能在碳酸鈣濕磨過程起分散作用，又能對碳酸鈣表面有機(jī)改性，與聚合物具有較好的相容性，綜合提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明采用丙烯酸、丙烯酸酯類為原料，以自由基共聚合原理為基礎(chǔ)，采用溶液聚法，并經(jīng)NaOH或KOH水溶液中和，制備而成微納級重質(zhì)碳酸鈣分散改性多功能助劑，該多功能助劑具有以下結(jié)構(gòu)式：

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其中R為K⁺或Na⁺，n=4-10。

優(yōu)化的是，R為Na^+，。

本發(fā)明的具體制備方法，包括如下步驟：

（1）將丙烯酸和丙烯酸酯在丙酮溶液中反應(yīng)，即得到聚丙烯酸-丙烯酸酯丙酮溶液，其反應(yīng)方程為：

（2）用濃度為30%左右的NaOH或KOH水溶液將制備的聚丙烯酸-丙烯酸酯中和至PH為7左右，其羧酸根離子帶負(fù)電，在碳酸鈣表面能形成離子保護(hù)層，能防止碳酸鈣顆粒在濕磨過程中團(tuán)聚，反應(yīng)方程如下：

反應(yīng)機(jī)理如下：（一）丙烯酸-丙烯酸丁酯的合成：引發(fā)劑AIBN熱分解出的初級自由基引發(fā)丙烯酸和丙烯酸丁酯聚合，鏈轉(zhuǎn)移劑β-巰基乙醇調(diào)節(jié)分子鏈長短。（二）丙烯酸鈉-丙烯酸丁酯的制備：丙烯酸-丙烯酸丁酯中的羧基被氫氧化鈉中和。

步驟（1）中，所述的丙烯酸和丙烯酸酯的摩爾比為1:1-1:5，反應(yīng)溫度為50-70℃，反應(yīng)時(shí)間為3-5h。

本發(fā)明所述的丙烯酸酯類為酯基碳鏈數(shù)4-10的總稱，包括丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯以及它們的同分異構(gòu)體。

本發(fā)明制備的產(chǎn)品用作碳酸鈣分散改性多功能助劑具有如下特點(diǎn)：

（1）該分散改性多功能助劑的水溶液含有羧酸根離子，在碳酸鈣表面能形成離子保護(hù)層，能防止碳酸鈣顆粒在濕磨過程中團(tuán)聚。

（2）該分散改性多功能助劑的長鏈烷基與聚合物有較好的相容性，改善了碳酸鈣填料與樹脂基體之間的界面作用，提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。

本發(fā)明的優(yōu)越性在于：本發(fā)明將分散與改性相結(jié)合，縮減傳統(tǒng)工藝中濕磨時(shí)加分散劑，漿鈣經(jīng)烘干，再加改性劑的繁瑣工藝，具有創(chuàng)新性。濕磨烘干后的碳酸鈣由于有分散改性多功能助劑的加入不會(huì)發(fā)生二次團(tuán)聚，表面改性效果良好、粒度超細(xì)，平均粒徑在1μm以下，可以作為化纖、油墨、橡膠、粘合劑等的填料，應(yīng)用前景廣闊。

附圖說明

圖1為聚丙烯酸-丙烯酸丁酯的傅里葉紅外圖譜；