[发明专利]一种纳米碳酸钙合成插层蒙脱土复合无机物的制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于新材料制备技术领域，具体涉及到一种纳米碳酸钙合成插层蒙脱土复合无机物的制备方法。 

背景技术

聚合物基复合材料在各个领域都有广泛的应用，随着人类科技的进步，聚合物的物理机械性能、热性能等越来越不能满足人们的需要。因此，如何提升聚合物基复合材料综合性能是上世纪中叶以来国内外研究的热点之一。1987年，日本丰田中央研究院最早报道了采用熔融插层法制备了尼龙6/蒙脱土（MMT）纳米复合材料，该复合材料显示了较好的物理机械性能和阻隔性能，从而推动了人们研究聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料各种性能的进程。各类文献关于蒙脱土有机插层改性方法及其在聚合物中的应用报道甚多。专利CN1438255A公开了纳米蒙脱土-聚苯乙烯原位插层聚合物的制备方法，该方法以聚苯乙烯为插层剂。专利号CN17788443公开了一种纳米蒙脱土水相插层的制备方法，该方法采用了聚乙烯醇为插层剂。Satyendra Mishra（Surface modification of montmorillonite using column chromatography technique and its application in silicone rubber.Nanocomposites. 2012，20(1)：44～50）研究了有机柱撑蒙脱土改性PP复合材料力学性能，研究发现，季铵盐插层MMT可在PP复合材料中，成剥离状存在，MMT填充3%左右即可将PP复合材料的冲击强度提高150%，热变形温度也显著提高。目前国内外学术界研究集中在有机插层蒙脱土改性聚合物方面。 

然而关于纳米碳酸钙(NanoCaCO₃)在蒙脱土层间合成并插层改性蒙脱土的方法未见报道。纳米碳酸钙的引入就向像柱子一样支撑在蒙脱土的层间，增大了蒙脱土层层间距，使聚合物更容易插层。此外，纳米碳酸钙在蒙脱土层间的存在，蒙脱土层间被无机颗粒支撑，可防止蒙脱土在聚合物加工过程中，因温度过高或挤压而出现塌层现象，破坏蒙脱土在聚合物中原有的剥离结构。 

发明内容

    本发明的目的是，在蒙脱土层间引入纳米碳酸钙，制备聚合物填充用纳米碳酸钙合成插层蒙脱土的复合无机物。 

为了实现上述目的，本发明公开一种纳米碳酸钙合成插层蒙脱土复合无机物的制备方法。 

本发明一种纳米碳酸钙合成插层蒙脱土复合无机物的制备方法步骤如下： 

（1）有机插层：取适量蒙脱土经去离子水配成15%～25%的悬浮液，温度控制在30～50℃，超声搅拌1～2h，加入一定量的有机插层剂十六烷基三甲基溴化铵，升温至70～80℃，继续超声搅拌2～4h，得到稳定的悬浮体系。

（2）纳米碳酸钙插层：将一定量CaCl₂溶液以均匀的速度添加到步骤（1）得到的稳定悬浮液中，搅拌，温度控制在30℃～50℃，添加时间4h，同时以1L/h的流量通入CO₂ 气体4～8h，陈化12h，得浆料，离心、过滤、得到滤饼。 

（3）焙烧：将步骤（2）中所得滤饼，打碎后放入通有CO₂ 气体的马弗炉中焙烧，焙烧温度180～250℃，焙烧时间2h～4h，冷却出料，玛瑙研磨，即可得到纳米碳酸钙插层蒙脱土复合无机物。 

所述步骤（1）中所述蒙脱土为钙基蒙脱土，阳离子交换容量为100mg/100g左右，粒径为50～100微米；十六烷基三甲基溴化铵用量是蒙脱土用量重量的1～3%。 

所述步骤（2）中所述CaCl₂溶液浓度为15～25%，用量为蒙脱土悬浮液体积的1.5～2倍。 

本发明提供的方法是在钙基蒙脱土悬浮液中，利用有机插层剂插层蒙脱土，使蒙脱土的层间距增大，在此基础上，利用蒙脱土层间结构的阳离子可交换原理，使无机纳米碳酸钙合成插层蒙脱土，进一步拉开蒙脱土层间间距。 

图1所示为本发明纳米碳酸钙合成插层蒙脱土复合无机物XRD图；从图1中可以看出，纯MMT的d₀₀₁晶面的衍射峰2θ位置在5.1^o，而nanoCaCO₃-MMT的d₀₀₁晶面的衍射峰2θ位置在3.9^o，表明蒙脱土层间有纳米碳酸钙的插层。