本發明專利技術涉及一種高補強性能的納米碳酸鈣/一維礦物復合材料的制備方法，屬于礦物加工與非金屬礦物材料領域。本發明專利技術工藝步驟為：①按以下組分配比，一維礦物500～1500重量份、生石灰50～200重量份，粒子阻隔劑5～50重量份加入水中進行混合攪拌得懸浮液；②將①所得懸浮液泵入旋轉超重力場中常溫下進行水化反應；③水化反應結束后，旋轉超重力場又通入CO2反應，當反應液pH≤8.5±0.25，電導率≤0.10±0.02μs/cm時停止通氣；④對③的反應產物固液分離得到成品。本發明專利技術可使形成的納米碳酸鈣粒子粒度分布較窄，更好地發揮其增韌補強的作用，同時利用非均相成核作用，在超重力場中實現納米碳酸鈣與一維礦物的自組裝。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及利用天然非金屬礦物復合制備高分子材料用填料的制備方法，特別涉及一種高補強性能的納米碳酸鈣/一維礦物復合材料的制備方法，屬于礦物加工與非金屬礦物材料領域。
技術介紹
硅灰石、凹凸棒石、海泡石等非金屬礦物從顆粒形狀上講均屬于典型的一維礦物，目前已被廣泛用作塑料、橡膠等高聚物基復合材料的填料。這些礦物填料的填充性能主要取決于礦物的化學組成、晶體結構、粒度、顆粒形狀、表面性質等。現代新型高聚物基復合材料不僅要求非金屬礦物填料具有增量和降低材料成本的功效,更重要的是要求其能夠顯著改善填充材料的性能或具有補強和增強等功能。填料復合和表面改性是提高無機非金屬礦物填料填充補強性能的重要技術手段。然而由于上述天然一維礦物微觀結構的缺陷，無法與基體樹脂形成良好的結合界面，往往造成復合材料的某些力學性能指標無法達到高補強功能的應用要求。硅灰石屬于典型的一維鏈狀偏硅酸鹽，呈纖維狀或針狀。由于其具有優異、獨特的顆粒形態、物理化學特性及工藝性能而廣泛應用于塑料、涂料、橡膠、造紙及建筑、陶瓷、耐火材料等眾多工業部門，是塑料、橡膠等高分子材料的一種功能性增強填料。凹凸棒石也是一種典型的一維天然納米結構材料，作為填料使用時可有效改善高分子材料的綜合性能。海泡石是一種具層鏈狀結構的含水富鎂硅酸鹽黏土礦物，作為橡膠填料使用可以起到半加固填料的作用，使橡膠的模數、抗張強度、硬度、抗撕力增高，并獲得較好的老化特性。然而，上述一維礦物表面與有機高分子基料的相容性均較差；而且由于天然礦物表面往往存在的發色點雜質，在用作塑料、橡膠等高分子材料的填料時，會嚴重影響制品的白度。因此，必須使用前應對其進行表面改性。例如：專利CN200710151943.4報道了一種硅灰石表面包覆硅酸鋁納米粒子的方法，該方法不僅保留了硅灰石纖維的原有性能，而且還可以復合硅酸鋁的耐酸、高白度、高遮蓋力等性能，但是工藝較復雜，過程不易控制，生產成本也較高；專利CN201410335290.5報道了一種用于聚氨酯革的凹凸棒石/碳酸鈣復合填料制備方法，該方法根據填料協同增強原理，通過纖維狀且具柔性的凹凸棒石與顆粒狀且具剛性的碳酸鈣復合以提升聚氨酯革的表觀和力學性能。然而，由于采用簡單的物理混合改性，難以實現碳酸鈣與凹凸棒石的致密復合，無法充分發揮二者協同效果，而且采用微米級重質碳酸鈣為原料，無法顯著提升體系的力學性能。論文1（中國粉體技術，1999，5（5），24-27；中國粉體技術，2002，8（1），1-5）報道了一種重質碳酸鈣與硅灰石通過簡單混合或研磨混合的方式，合成硅灰石/碳酸鈣復合填料，上述工藝同樣無法實現碳酸鈣與硅灰石的致密復合，而且研磨會破壞硅灰石原有的纖維結構。論文2（硅酸鹽通報，2009，28（5），1076～1079）報道了一種采用非均相成核法制備凹凸棒石/碳酸鈣復合填料的方法，然而根據其微觀形貌表征結果，該方法生產的碳酸鈣顆粒發生了明顯團聚，而且二者結合也不緊密，這會影響其實際應用效果，無法滿足高補強填料的應用要求。
技術實現思路
針對上述現有技術的不足，本專利技術要解決的技術問題是提供一種高補強性能的納米碳酸鈣/一維礦物復合材料的制備方法，本方法可使形成的納米碳酸鈣粒子粒度分布較窄，更好地發揮其增韌補強的作用，同時利用非均相成核作用，在超重力場中實現納米碳酸鈣與一維礦物的自組裝。實現本專利技術上述目的所采取的技術方案是：①按以下組分配比，一維礦物500～1500重量份、生石灰50～200重量份，粒子阻隔劑5～50重量份加入水中進行混合攪拌得懸浮液；②將①所得懸浮液泵入旋轉超重力場中常溫下進行水化反應；③水化反應結束后，旋轉超重力場又通入CO2反應，當反應液pH≤8.5±0.25，電導率≤0.10±0.02μs/cm時停止通氣；④對③的反應產物固液分離得到成品。所述的一維礦物為硅灰石、凹凸棒石、海泡石天然非金屬礦物，長徑比≥5，純度≥85%；所述的粒子阻隔劑為表面活性劑OP-10或聚乙二醇。所述的旋轉超重力場采用的是超重力旋轉床反應器，轉速調節至500～2000rpm，反應器流出的液體進入外循環攪拌釜，再經泵循環泵入超重力旋轉床反應器，反復循環反應30～100min。通入CO2反應后的產物固液分離采用離心機，轉速為1000～10000rpm，離心時間5～50min。本專利技術的基本原理是，通過在水介質中，利用超重力作用使上述一維礦物表面均勻致密地包覆碳酸鈣納米粒子，強化了一維礦物與生成納米碳酸鈣之間的微觀結合，所生成的碳酸鈣納米顆粒由于本身比表面積大、自由能高，不但可以減少天然礦物纖維表面色素雜質對材料白度的影響，而且可以保護礦物纖維不被破壞；此外，對微米級一維礦物來講，碳酸鈣納米粒子通過負載效應，可將一維礦物纖維表面銳利的棱角鈍化，減少應力集中，使平整的晶體解理面變的粗糙，粗糙度較大的平面能使接觸角減小，從而更傾向于與聚合物基材料相容；同時表面負載的碳酸鈣納米粒子更容易與改性劑形成化學吸附，提高一維礦物的有機表面改性效果和進一步改善其在高聚物中的分散性。采用超重力法制備的納米碳酸鈣包覆上述一維礦物不僅保留了一維礦物的原有性能，而且還可以提高復合納米碳酸鈣剛性粒子的高白度、高遮蓋力等性能，形成納米碳酸鈣零維材料與一維礦物的組裝協同效應。本專利技術對于上述一維礦物改性技術的進步及其深加工利用具有重要意義。本專利技術的有益效果如下：1、本專利技術實現了納米碳酸鈣顆粒的制備和包覆改性過程同時進行，相比傳統的物理包覆工藝，本專利技術的工藝大大提高了生產效率和產品質量；2、與傳統均勻沉淀法制備得到的產品相比，本專利技術的納米碳酸鈣/一維礦物復合材料中所包覆的納米碳酸鈣顆粒粒徑小、分布窄，一維尺寸可達到0.5～10nm，而且在礦物纖維表面分布致密均勻，可充分發揮二者作為補強填料應用時的協同效應。具體實施方式實施例1：（1）于外循環攪拌釜中，將一定配比的硅灰石、生石灰與粒子阻隔劑OP-10加入水中進行攪拌分散，混合攪拌得懸浮液。各原料組分配比為：硅灰石600重量份、生石灰60重量份，粒子阻隔劑10重量份。（2）開啟超重力旋轉床反應器，轉速調節至800rpm，將步驟（1）得到的懸浮液泵入超重力旋轉填充床進行水化反應，反應液經旋轉床強化混合后由反應器液體出口流出，進入外循環攪拌釜，釜內反應液再經泵打入超重力旋轉床，如此循環在常溫下反應50min。（3）水化反應結束之后，向重力旋轉床進氣口通入CO2，反應過程需實時監測礦漿pH和電導率，通過檢測儀的反饋調節作用控制CO2通氣時間，即控制反應終點；當反應液pH≤8.5±0.25，電導率≤0.10±0.02μs/cm時，監測顯示儀自動提醒反應終點，通氣閥關閉。（4）將反應產物給入離心機，轉速為2000rpm，離心時間15min，進行固液分離，得到納米碳酸鈣/硅灰石復合材料。實施例2：與實施例1相同，變化在于：步驟（1）中各原料組分配比為：硅灰石800重量份、生石灰70重量份，粒子阻隔劑OP-1025重量份。步驟（2）中攪拌轉速1200rpm，常溫下循環反應65min。步驟（4）離心機轉速為3500rpm，離心時間10min。實施例3：與實施例1相同，變化在于：步驟（1）中各原料組分配比為：硅灰石1200重量份、生石灰160重本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種高補強性能的納米碳酸鈣/一維礦物復合材料的制備方法，其特征是包括以下步驟：①按以下組分配比，一維礦物500～1500重量份、生石灰50～200重量份，粒子阻隔劑5～50重量份加入水中進行混合攪拌得懸浮液；②將①所得懸浮液泵入旋轉超重力場中常溫下進行水化反應；③水化反應結束后，旋轉超重力場又通入CO2反應，當反應液pH≤8.5±0.25，電導率≤0.10±0.02μs/cm時停止通氣；④對③的反應產物固液分離得到成品。
【技術特征摘要】
1.一種高補強性能的納米碳酸鈣/一維礦物復合材料的制備方法，其特征是包括以下步驟：①按以下組分配比，一維礦物500～1500重量份、生石灰50～200重量份，粒子阻隔劑5～50重量份加入水中進行混合攪拌得懸浮液；②將①所得懸浮液泵入旋轉超重力場中常溫下進行水化反應；③水化反應結束后，旋轉超重力場又通入CO2反應，當反應液pH≤8.5±0.25，電導率≤0.10±0.02μs/cm時停止通氣；④對③的反應產物固液分離得到成品。2.按權利要求1所述的高補強性能的納米碳酸鈣/一維礦物復合材料的制備方法，其特征是：所述的一維礦物為硅灰石、凹凸棒...
【專利技術屬性】
技術研發人員：董紹宏，鄭家偉，
申請(專利權)人：云南宏創新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：云南;53
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