[发明专利]一种用于PP填充的碳酸钙/蒙脱土纳米复合粒子及其制备方法

说明书

背景技术

本发明涉及PP填充技术领域，特别涉及一种用于PP填充的碳酸钙/蒙脱土纳米复合粒子 及其制备方法。

技术领域

碳酸钙、滑石、硅灰石、蒙脱土、二氧化硅等纳米无机粒子均可作为PP填充物，一方面 代替PP树脂起到增量的作用，降低了生产成本，另一方面可改善PP聚合物的力学、电学、热 学性能。但是不同形态的单一填充粒子，对PP塑料性能会产生不同影响，例如具有良好的耐 热性的有机化蒙脱土在与PP的加工共混的过程中氧化降解较少，并且可在PP基体中以纳米层 状结构分散，在较少含量下能提高PP的冲击强度，刚性，耐热性，阻隔性和加工性能，球形 的碳酸钙粒子可提高PP的压缩强度、弹性模量，提高尺寸稳定性，降低复合成本，而复合填 充由于协同效应往往可以起到意想不到的效果。纳米无机粒子表面具有亲水性，在应用于PP 填充前，需先加入改性剂进行表面改性，不同的纳米无机粒子对改性剂有着选择吸收性，复合 粒子的改性一直是困扰该领域技术人员的难点。

综上所述，如何将各填充粒子的优点相互结合，制备能最大程度的提高PP材料综合性能 的复合粒子，如何高效合理地改善复合粒子表面性能，提高粒子与PP聚合物之间的相容性， 是本领域技术人员所需要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的旨在提供用于PP填充的碳酸钙/蒙脱土纳米复合粒子及其制备方法。

本发明方法是完全不同于以往技术的一种化学合成方法，用该方法制备得到的纳米复合粒 子分散良好，形态分布合理，表面活性好且具有强疏水性，采用该纳米复合粒子填充的PP材 料冲击强度、抗压强度均有较大程度提高，纳米复合粒子与PP聚合物之间相容性良好，降低 了生产成本。

该发明的目的是通过以下技术方案实现的。

(1)按照质量比4-6∶1∶8-12，将钙基蒙脱土、CTAB和工业酒精加入球磨机，球磨 20-40min，配成浆液A；

(2)将消化后的氧化钙与去杂质水按质量比1∶40加入高速混合机，利用其高剪切力作 用粉碎混合，经多级旋液分离除去颗粒及杂质，得到8-12wt％的精制氢氧化钙悬浮 浆液B；

(3)将(2)中制得的浆液B加入(1)中的浆液A，钙基蒙脱土与氢氧化钙的质量比为 2～5∶1，优选为3∶1。球磨40-70min，得到混合物C；

(4)将(3)中的混合物C放入超重力反应器，加入晶型控制剂硅酸钠或碳酸钠，添加 量为氢氧化钙质量的0.1～0.3％，通CO₂反应50-70min，得到碳酸钙/蒙脱土纳米复合 粒子浆液，并加入去杂质水，调整浆液固体质量浓度为45-55％。

(5)采用钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和硅油中的两种或三种以任意比例混合作为组合改 性剂，按照1％-4wt％加入碳酸钙/蒙脱土纳米复合粒子浆液，转入高速改性机，控制 温度在55-75℃，，并用氨水和醋酸调剂pH值为7-10，反应40-60min；

(6)将(5)制得的混合物分离，干燥，即得到碳酸钙/蒙脱土纳米复合粒子，离心转速 设为1000-1400r/min，然后真空干燥，干燥温度65-75℃，干燥时间为40-60min， 真空度＜-0.050Mpa。

本发明采用的蒙脱土是钙基蒙脱土，所述的钙基蒙脱土平均粒径＜300nm，蒙脱石含量 ＞90％，白度＞80。

本发明制备碳酸钙/蒙脱土纳米复合粒子的方法完全不同于以往技术，其利用了化学合成的 原理，而以往的方法仅仅是将蒙脱土和碳酸钙颗粒简单的物理合成，碳酸钙颗粒很难进入蒙脱 土结构的层间，得到的产品往往分散不均匀，碳酸钙粒子间又易团聚，大规模生产质量不稳定， 且蒙脱石和碳酸钙的硬度存在差异，会导致不同成分粒子的粒径不一致，不能充分发挥协同作 用。而本发明方法利用了蒙脱土的阳离子交换作用，首先将蒙脱土与氢氧化钙溶液反应，在蒙 脱土层间引入Ca²⁺，再与CO₂反应，在蒙脱土层间生成纳米碳酸钙，撑大了蒙脱石片层间距， 有利于与PP形成剥片型复合结构，从而能较大程度改善PP材料性能。同时该方法制备、复合 一步完成，省却了纳米碳酸钙的前期制备步骤，工业生产中高效节能，适于大规模生产，且解 决了因材料性质不一致导致的分散不均匀、粒径不均一的问题。

本发明的碳酸钙/蒙脱土纳米复合粒子，其优点是：