本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及碳酸鈣粉體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單層硅酸鹽改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣及其制備方法。

背景技術(shù)：

碳酸鈣(Calcium Carbonate)是一種重要的、用途廣泛的無(wú)機(jī)鹽，廣泛應(yīng)用于造紙、塑料、化纖、橡膠、膠粘劑、密封劑、化妝品、建材、涂料、醫(yī)藥、食品和飼料等各個(gè)領(lǐng)域，其作用有：增加產(chǎn)品體積、降低生產(chǎn)成本、改善加工性能(如調(diào)節(jié)粘度、流變性能、硫化性能)、提高尺寸穩(wěn)定性和提高物理性能(如力學(xué)性能、耐熱性、消光性、耐磨性、阻燃性、白度、光澤度)等。

重質(zhì)碳酸鈣(Heavy Calcium Carbonate)又稱(chēng)研磨碳酸鈣(Ground Calcium Carbonate，簡(jiǎn)稱(chēng)GCC，美國(guó)稱(chēng)Kotamite)，是用機(jī)械方法直接粉碎天然的方解石、大理石、石灰石等而制得。由于它的沉降體積(1.1-1.9mL/g)比用化學(xué)方法生產(chǎn)的輕質(zhì)碳酸鈣沉降體積(2.4-2.8mL/g)小，因此被稱(chēng)為重質(zhì)碳酸鈣。重質(zhì)碳酸鈣按其原始平均粒徑可分為粗磨碳酸鈣(大于3μm)、細(xì)磨碳酸鈣(1～3μm)、超細(xì)碳酸鈣(0.5～1μm)。但是，超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣由于顆粒力度小、表面積大、表面能高，極易產(chǎn)生自發(fā)凝聚并表現(xiàn)出強(qiáng)烈的團(tuán)聚特性，不論在空氣中還是在液相介質(zhì)中均容易團(tuán)聚成粒徑較大的二次顆粒，從而弱化或喪失自身優(yōu)異的物理化學(xué)性能。

因此，如何確保超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣在制備、儲(chǔ)存及隨后的加工過(guò)程中分散而不團(tuán)聚，以及碳酸鈣顆粒在復(fù)合材料中充分分散，成為限制超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種單層硅酸鹽改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣及其制備方法，能夠降低顆粒的團(tuán)聚和重疊，改善顆粒的分散性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種單層硅酸鹽納米片改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣，其特征在于，由單層硅酸鹽納米片和重質(zhì)碳酸鈣顆粒制成，所述單層硅酸鹽納米片的厚度為0.3-50nm，長(zhǎng)度或?qū)挾葹?.5-2μm，所述重質(zhì)碳酸鈣顆粒的等效直徑為0.1-10μm。硅酸鹽納米片是一類(lèi)由金屬陽(yáng)離子與硅酸根化合而成的含氧酸鹽礦物，具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、大的比表面積和良好的柔韌性，采用尺寸相匹配的硅酸鹽納米片包覆于重質(zhì)碳酸鈣，能夠發(fā)揮硅酸鹽納米片的 空間隔層的作用，從而達(dá)到降低重質(zhì)碳酸鈣顆粒團(tuán)聚和提高重質(zhì)碳酸鈣顆粒分散性的目的。

進(jìn)一步的，上述單層硅酸鹽納米片與重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:10-1:1000。

進(jìn)一步的，上述單層硅酸鹽納米片為單層水滑石納米片、單層絹云母納米片或單層蒙脫土納米片。水滑石、絹云母、蒙脫土都屬于層狀化合物，其層間距為納米級(jí)，易于加工，解理完全，可形成片厚極薄的片狀，理論上片厚可削成0.001u，并且與大分子的有機(jī)聚合物有較強(qiáng)的親和力，經(jīng)其改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣與聚合物的親和性更高，在聚合物基體中的分散更均勻。

進(jìn)一步的，上述重質(zhì)碳酸鈣顆粒的形狀為類(lèi)球形或不規(guī)則多面體狀。

上述單層硅酸鹽納米片改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)單層硅酸鹽納米片的制備：將硅酸鹽粉末加入水中，超聲振蕩0.5-48h，機(jī)械攪拌或超聲振蕩0.5-24h，用氮?dú)夤呐莘▽⑵鋽嚢杈鶆蚝笊郎刂?5-100℃，滴加堿性調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值為7-12，反應(yīng)0.5-12h后加熱至25-100℃，繼續(xù)反應(yīng)1-12h，其反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)水洗、離心、置于真空干燥箱中干燥24h，得到硅酸鹽納米片；

(2)改性超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的制備：將直徑小于5cm的碳酸鈣粗料送入研磨機(jī)中，加入表面活性劑在85-95℃下研磨至20-50微米后，加水配成固含量70-80％的漿料，加入步驟(1)得到的單層硅酸鹽納米片，濕法研磨1-12h，將漿料脫水至含水量為0-0.3％，得到成品。

進(jìn)一步的，上述步驟(2)中的表面活性劑為脂肪酸鉀皂、磺基琥珀酸單酯二鈉、月桂基磺化琥珀酸單酯二鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚、椰油酸二乙醇酰胺、椰油酸單乙醇酰胺磺基琥珀酸單酯二鈉、單月桂基磷酸酯、單十二烷基磷酸酯鉀、月桂醇醚磷酸酯鉀、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸銨中的一種或多種。

本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：本發(fā)明采用尺寸相匹配的硅酸鹽納米片包覆于重質(zhì)碳酸鈣，能夠發(fā)揮硅酸鹽納米片的空間隔層的作用，從而達(dá)到降低重質(zhì)碳酸鈣顆粒團(tuán)聚和提高重質(zhì)碳酸鈣顆粒分散性的目的；本發(fā)明的產(chǎn)品分散性好，能夠降低顆粒的團(tuán)聚和重疊，增強(qiáng)顆粒的粉體流動(dòng)性；本發(fā)明采用單層水滑石納米片、單層絹云母納米片或單層蒙脫土納米片作為優(yōu)選的硅酸鹽納米片，成本低、加工簡(jiǎn)單，同時(shí)有利于粉體在聚合物基體中的分散；本發(fā)明的制備方法設(shè)計(jì)科學(xué)合理，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，易于規(guī)?；a(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，而且本發(fā)明可以降低顆粒的團(tuán)聚和重疊、增強(qiáng)顆粒的粉體流動(dòng) 性和改善顆粒在高分子基體中的分散性，從而提高高分子基材的綜合性能和拓展重質(zhì)碳酸鈣的應(yīng)用領(lǐng)域。

【附圖說(shuō)明】

圖1單層硅酸鹽納米片改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的制備方法流程圖。

【具體實(shí)施方式】

以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

以下所提供的實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明所涵蓋的范圍，所描述的步驟也不是用以限制其執(zhí)行順序。本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有公知常識(shí)對(duì)本發(fā)明做顯而易見(jiàn)的改進(jìn)，亦落入本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。

實(shí)施例一

一種單層硅酸鹽納米片改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣，其特征在于，由單層硅酸鹽納米片和重質(zhì)碳酸鈣顆粒組成，所述單層硅酸鹽納米片的厚度為0.3-50nm，長(zhǎng)度或?qū)挾葹?.5-2μm，所述重質(zhì)碳酸鈣顆粒的等效直徑為0.1-10μm，所述重質(zhì)碳酸鈣顆粒和單層硅酸鹽納米片通過(guò)吸附作用和/或氫鍵作用連接。在本實(shí)施例中，單層硅酸鹽納米片為單層水滑石納米片，與重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:10-1:1000。上述重質(zhì)碳酸鈣顆粒的形狀為類(lèi)球形或不規(guī)則多面體狀，硅酸鹽選擇水滑石。

上述單層硅酸鹽納米片改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的制備方法，包括以下步驟：

(1)單層水滑石納米片的制備：

將水滑石粉末加入水中，超聲振蕩0.5-48h，機(jī)械攪拌或超聲振蕩0.5-24h，用氮?dú)夤呐莘▽⑵鋽嚢杈鶆蚝笊郎刂?5-100℃，逐漸滴加1.5M的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值為7-12，反應(yīng)0.5-12h后加熱至25-100℃，繼續(xù)反應(yīng)1-12h，其反應(yīng)產(chǎn)物水洗三次，離心分離，置于真空干燥箱中干燥24h，得到單層水滑石納米片；所使用的羧基改性劑為海藻酸鈉，所述海藻酸鈉與重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:5。

(2)改性超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的制備：

將直徑小于5厘米的碳酸鈣粗料送入研磨機(jī)中，加入與重質(zhì)碳酸鈣成比例計(jì)量的表面活性劑在85-95℃下研磨至20-50微米后，加水配成固含量70-80％的漿料，加入與重質(zhì)碳酸鈣成比例計(jì)量的羧基改性單層滑石納米片，在濕法攪拌磨削機(jī)研磨1-12h，將碳酸鈣漿料脫水至含水量不大于0.3％，得到粒徑為0.1-10微米的成品粉體；所述水滑石與重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:10，所使用的表面活性劑為脂肪酸鉀皂，所述脂肪酸鉀皂與 重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:4。

本實(shí)施例的成品性能如下：

實(shí)施例二

一種單層硅酸鹽納米片改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣，其特征在于，由單層硅酸鹽納米片和重質(zhì)碳酸鈣顆粒組成，所述單層硅酸鹽納米片的厚度為0.3-50nm，長(zhǎng)度或?qū)挾葹?.5-2μm，所述重質(zhì)碳酸鈣顆粒的等效直徑為0.1-10μm，所述重質(zhì)碳酸鈣顆粒和單層硅酸鹽納米片通過(guò)吸附作用和/或氫鍵作用連接。在本實(shí)施例中，單層硅酸鹽納米片為單層絹云母納米片，與重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:10-1:1000。上述重質(zhì)碳酸鈣顆粒的形狀為類(lèi)球形或不規(guī)則多面體狀，硅酸鹽為絹云母。

上述單層硅酸鹽納米片改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的制備方法，包括以下步驟：

(1)單層絹云母納米片的制備：

將絹云母粉末加入水中，超聲振蕩0.5-48h，機(jī)械攪拌或超聲振蕩0.5-24h，用氮?dú)夤呐莘▽⑵鋽嚢杈鶆蚝笊郎刂?5-100℃，逐漸滴加1.5M的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值為7-12，反應(yīng)0.5-2h后加熱至25-100℃，繼續(xù)反應(yīng)1-12h，其反應(yīng)產(chǎn)物水洗三次，離心分離，置于真空干燥箱中干燥24h，得到單層絹云母納米片；所使用的羧基改性劑為羧甲基纖維素鈉，所述羧甲基纖維素鈉與重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:200。

(2)改性超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的制備：

將直徑小于5厘米的碳酸鈣粗料送入研磨機(jī)中，加入與重質(zhì)碳酸鈣成比例計(jì)量的表面活性劑在85-95℃下研磨至20-50微米后，加水配成固含量70-80％的漿料，加入與重質(zhì)碳酸鈣成比例計(jì)量的羧基改性單層絹云母納米片，在濕法攪拌磨削機(jī)研磨1-12h，將碳酸鈣漿料脫水至含水量不大于0.3％，得到粒徑為0.1-10微米的成品粉體；所述絹云母與重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:200，所使用的表面活性劑為磺基琥珀酸單酯二鈉，所述磺基琥珀酸單酯二鈉與重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:500。

本實(shí)施例的成品性能如下：

實(shí)施例三

一種單層硅酸鹽納米片改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣，其特征在于，由單層硅酸鹽納米片和重質(zhì)碳酸鈣顆粒組成，所述單層硅酸鹽納米片的厚度為0.3-50nm，長(zhǎng)度或?qū)挾葹?.5-2μm，所述重質(zhì)碳酸鈣顆粒的等效直徑為0.1-10μm，所述重質(zhì)碳酸鈣顆粒和單層硅酸鹽納米片通過(guò)吸附作用和/或氫鍵作用連接。在本實(shí)施例中，單層硅酸鹽納米片為單層蒙脫土納米片，與重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:10-1:1000。上述重質(zhì)碳酸鈣顆粒的形狀為類(lèi)球形或不規(guī)則多面體狀，硅酸鹽為蒙脫土。

上述單層硅酸鹽納米片改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的制備方法，包括以下步驟：

(1)單層蒙脫土納米片的制備：

將蒙脫土粉末加入水中，超聲振蕩0.5-48h，機(jī)械攪拌或超聲振蕩0.5-48h，用氮?dú)夤呐莘▽⑵鋽嚢杈鶆蚝笊郎刂?5-100℃，逐漸滴加1.5M的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值為7-12，反應(yīng)0.5-12h后加熱至25-100℃，繼續(xù)反應(yīng)1-12h，其反應(yīng)產(chǎn)物水洗三次，離心分離，置于真空干燥箱中干燥24h，得到單層蒙脫土納米片；所使用的羧基改性劑為聚丙烯酰胺，所述聚丙烯酰胺與重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:1000。

(2)改性超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的制備：

將直徑小于5厘米的碳酸鈣粗料送入研磨機(jī)中，加入與重質(zhì)碳酸鈣成比例計(jì)量的表面活性劑在85-95℃下研磨至20-50微米后，加水配成固含量70-80％的漿料，加入與重質(zhì)碳酸鈣成比例計(jì)量的羧基改性單層蒙脫土納米片，在濕法攪拌磨削機(jī)研磨1-12h，將碳酸鈣漿料脫水至含水量不大于0.3％，得到粒徑為0.1-10微米的成品粉體；所述蒙脫土與重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:1000，所使用的表面活性劑為月桂基磺化琥珀酸單酯二鈉，所述月桂基磺化琥珀酸單酯二鈉與重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量比為1:2000。

本實(shí)施例的成品性能如下：