[发明专利]一种应用于尼龙工程塑料的高分散纳米碳酸钙的制备方法

说明书

本发明公开了一种应用于尼龙工程塑料的高分散纳米碳酸钙的制备方法，是将石灰乳液进行稀释，然后进行碳酸化反应，当反应液pH降到9.0时，加入分散剂，继续通入窑气直至反应液pH降至7.0，控制熟浆比表面积为16‑25 m²/g；在反应后的浆液加入饱和脂肪酸盐，搅拌，按照常规方法依次进行脱水、烘干、粉碎和分级，得到碳酸钙粉体；再加入PE蜡与新癸酸缩水甘油酯混合物，搅拌均匀，出料，即得本发明的高分散纳米碳酸钙产品。本发明制备的高分散纳米碳酸钙产品与尼龙体系的分散性和相容性好，在PA体系中填充量可高达40%以上，同时还改善了尼龙体系的流动性及加工性能，而且赋予制品较好的物理机械性能，达到增韧补强的效果。

技术领域

本发明涉及无机材料技术领域，具体是一种应用于尼龙工程塑料的高分散纳米碳酸钙的制备方法。

背景技术

尼龙(PA)是一种最常用的工程塑料，已广泛应用于汽车、机械、电器等行业。但是，未经改性的PA尺寸稳定性较差，冲击韧性低，应用价值不高。在实际应用中一般都采用无机填料与增韧剂对PA进行改性填充，以提高其尺寸稳定性和冲击性能。现有技术中广泛采用玻璃纤维对PA进行改性，然而玻璃纤维对材料的冲击性能损害太高，而且会经常引发制品外观不良，需要添加更多的增韧剂和玻纤防浮剂来弥补这些欠缺，使得材料制造成本大大升高。

近年来随着纳米碳酸钙的产业化发展，纳米碳酸钙在改性塑料的应用备受关注。纳米碳酸钙属于增强型材料，对有机基体有增强作用，该填料的添加可有效改善塑料材料的力学、尺寸稳定性等性能。然而，由于工程塑料制备领域的限制，纳米碳酸钙的最佳添加量一般不超过10%，如中国发明专利CN 103642218 A公开了一种尼龙改性塑料的制备方法，纳米碳酸钙填充量仅为7-9%，过多会导致材料力学性能的恶化。导致出现这些恶化的原因，主要是纳米碳酸钙在复合材料制备过程中未能有效分散，团聚体的形成会在复合材料内部形成大量应力集中，从而导致改性失效。

纳米碳酸钙的团聚主要发生在两个阶段，一是其制备过程，二是下游加工应用过程。纳米碳酸钙初级粒子的粒径较小，具有较高的表面性能，在其制备过程中便很容易发生团聚，即使后期经过活化处理，但表面处理剂一般只能在二次团聚粒子表面进行包覆，难以渗透到初级粒子的表面，因此纳米碳酸钙产品往往以二次团聚粒子的形式存在。在后续的应用加工中，碳酸钙粒子在高温高剪切的加工条件下，部分二次团聚粒子重新破碎、分散，暴露出许多初级粒子的新表面。而这些没有经过表面包覆的粒子，与有机基体相容性较差，在剪切混合过程中，往往会形成更大的团聚。

目前，己公开的纳米碳酸钙制备技术中，多用于聚烯烃及PVC塑料的填充，在工程塑料尤其是专用工程塑料方面鲜有报道，且纳米碳酸钙在尼龙工程塑料中纳米碳酸钙的添加量一般都小于10%，无法作为主要填料使用。

发明内容

本发明针对现有纳米碳酸钙存在的技术缺陷，提供一种应用于尼龙工程塑料的高分散纳米碳酸钙的制备方法。本方法制备得到的高分散纳米碳酸钙，与尼龙体系的分散性和相容性好，可提高填料的加入量，在尼龙体系中填充量可高达40%以上；同时还改善了体系的流动性及加工性能，而且赋予尼龙制品较好的物理机械性能，达到增韧补强的效果。

本发明是基于以下原理实现的：首先在纳米碳酸钙的碳酸化后期加入分散剂，防止二次团聚粒子的生成。其次采用饱和脂肪酸盐对其进行湿法改性，形成化学包覆层，粉碎分级后，进一步采用PE蜡与新癸酸缩水甘油酯混合物对半成品进行干法改性，形成物理包覆层。化学包覆层将脂肪酸链锚固在碳酸钙表面，提供了与基材一定的相容性，可将碳酸钙快速、均匀分散在尼龙体系中。而物理包覆层中的PE蜡由于熔点较低，分子链移动性较好，在复合材料制备过程中，高温高剪切下所形成的碳酸钙粒子新界面将会立即被PE蜡所润湿和包覆；而新癸酸缩水甘油酯中的环氧基团可与尼龙体系中的酰胺基团发生化学反应，在纳米碳酸钙与尼龙基材之间起桥接作用，可有效进行增容。

本发明采用的技术方案如下：

一种应用于尼龙工程塑料的高分散纳米碳酸钙的制备方法，包括以下步骤：