[发明专利]一种微纳级重质碳酸钙分散改性多功能助剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳级重质碳酸钙湿磨分散改性多功能助剂，更具体地说，是一种含有羧基和酯基的碳酸钙分散改性多功能助剂及其制备方法。

背景技术

重质碳酸钙储量充沛，色泽好，硬度低并且化学稳定，因而常常作为塑料、橡胶、化纤等的填充成分，补强材料。它可以降低塑料、橡胶、化纤、油墨、油漆等的生产成本，节约大量的有机资源。由于碳酸钙颗粒表面能高，处于热力学非稳定状态，极易聚集成团, 从而影响了超细重质碳酸钙的实际应用效果，重质碳酸钙作为这些材料的填料，其颗粒要细微，粒度要达到2μm，一般干磨碳酸钙只能研磨到14μm左右，要得到超细的颗粒粉体，就得将碳酸钙在湿磨状态下充分研磨，在湿磨过程中要加入一定量的分散剂，以防止碳酸钙颗粒团聚；另外，碳酸钙表面有许多羟基，表面极性很强，具有亲水疏油特性，与很多有机高分子材料热力学不溶，易和基体产生界面缺陷，要想得到填充性能好的碳酸钙粉体，就必须对碳酸钙表面进行有机改性。

目前，用于防止碳酸钙团聚的分散剂一般有聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、含16～18个碳原子的高级脂肪酸、树脂酸类等；改性剂一般包括硬脂酸，硅酸酯、钛酸酯和铝酸酯等偶联剂，但是除铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂外，包括硅烷偶联剂在内的有机改性剂主要是通过物理作用(范德华力、氢键等)吸附于CaCO₃粒子表面，结合力不强，并且价格昂贵，没有大规模应用于工业化，而应用广泛的硬脂酸由于烷基链比较长，分子呈非极性，经硬脂酸改性后的碳酸钙填充于一些带有极性的基体树脂（尼龙、聚酯、环氧）中，会出现与基体热力学不相容的界面缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种制备微纳级重质碳酸钙的创新思路，将分散与改性相结合，合成出分散改性多功能助剂，该助剂既能在碳酸钙湿磨过程起分散作用，又能对碳酸钙表面有机改性，与聚合物具有较好的相容性，综合提高复合材料的力学性能。

本发明的技术方案：

本发明采用丙烯酸、丙烯酸酯类为原料，以自由基共聚合原理为基础，采用溶液聚法，并经NaOH或KOH水溶液中和，制备而成微纳级重质碳酸钙分散改性多功能助剂，该多功能助剂具有以下结构式：

                                                             

其中R为K⁺或Na⁺，n=4-10。

优化的是，R为Na^+，。

本发明的具体制备方法，包括如下步骤：

（1）将丙烯酸和丙烯酸酯在丙酮溶液中反应，即得到聚丙烯酸-丙烯酸酯丙酮溶液，其反应方程为：

（2）用浓度为30%左右的NaOH或KOH水溶液将制备的聚丙烯酸-丙烯酸酯中和至PH为7左右，其羧酸根离子带负电，在碳酸钙表面能形成离子保护层，能防止碳酸钙颗粒在湿磨过程中团聚，反应方程如下：

反应机理如下：（一）丙烯酸-丙烯酸丁酯的合成：引发剂AIBN热分解出的初级自由基引发丙烯酸和丙烯酸丁酯聚合，链转移剂β-巯基乙醇调节分子链长短。（二）丙烯酸钠-丙烯酸丁酯的制备：丙烯酸-丙烯酸丁酯中的羧基被氢氧化钠中和。

步骤（1）中，所述的丙烯酸和丙烯酸酯的摩尔比为1:1-1:5，反应温度为50-70℃，反应时间为3-5h。

本发明所述的丙烯酸酯类为酯基碳链数4-10的总称，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、丙烯酸癸酯以及它们的同分异构体。

本发明制备的产品用作碳酸钙分散改性多功能助剂具有如下特点：

（1）该分散改性多功能助剂的水溶液含有羧酸根离子，在碳酸钙表面能形成离子保护层，能防止碳酸钙颗粒在湿磨过程中团聚。

（2）该分散改性多功能助剂的长链烷基与聚合物有较好的相容性，改善了碳酸钙填料与树脂基体之间的界面作用，提高了复合材料的力学性能。

本发明的优越性在于：本发明将分散与改性相结合，缩减传统工艺中湿磨时加分散剂，浆钙经烘干，再加改性剂的繁琐工艺，具有创新性。湿磨烘干后的碳酸钙由于有分散改性多功能助剂的加入不会发生二次团聚，表面改性效果良好、粒度超细，平均粒径在1μm以下，可以作为化纤、油墨、橡胶、粘合剂等的填料，应用前景广阔。

附图说明

图1为聚丙烯酸-丙烯酸丁酯的傅里叶红外图谱；