一种聚氨酯密封胶专用纳米碳酸钙的制备方法技术

本发明专利技术公开一种聚氨酯密封胶专用纳米碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：A、向Ca(OH)2溶液中加入晶型控制剂，搅拌混合均匀，通入CO2气体进行鼓泡碳化反应直到溶液pH为7～8，得到熟浆；B、熟浆过筛后升温到60～85℃，在搅拌状态下加入饱和脂肪酸钠与羧酸铋盐的混合物作为表面活性剂，并调节pH值为7~9之间，继续搅拌45～60min；C、步骤B中搅拌后的熟浆进行压滤，得到滤饼，滤饼烘干进行粉碎并进一步干燥，即得。本发明专利技术制备的纳米碳酸钙与聚氨酯体系有较好结合力，并能显著提高聚氨酯密封胶力学性能，应用于聚氨酯密封胶可提高聚氨酯密封胶的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料
，具体是涉及一种聚氨酯密封胶专用纳米碳酸钙的制备方法。
技术介绍
纳米碳酸钙(NaHO-CaCO3)是一种性能优良的新型功能性纳米级填料，它不仅能填充增容，降低成本，更能改善制品的表面色泽度,提高制品的综合力学性能。目前，在发达国家，纳米碳酸钙已在中高档橡胶、塑料制品、密封胶、涂料、油墨等中得到普遍使用。而在国内，纳米碳酸钙用量最大的领域是硅酮密封胶，其次为聚氨酯密封胶。聚氨酯密封胶的性能比硅酮密封胶的性能更优异，但难以制备，国外聚氨酯密封胶用量与硅酮密封胶用量差不多，主要是目前国内的密封胶的制备技术水平低下和没有好的填料；随着我国的技术水平的提高，聚氨酯密封胶在日常生活、军事及工业等方面均有应用，预计未来5年将以7%的速率增长。纳米碳酸钙的表面改性，主要是依靠改性剂在碳酸钙表面的吸附、反应、包覆或成膜来实现的。因此，表面改性剂对于碳酸钙的表面改性及表面处理具有决定性作用。它在碳酸钙粒子与材料中的基质及其它组份之间起“桥联”作用。纳米碳酸钙的表面处理往往都有其特定的应用背景或应用领域。因此，选用表面改性剂必须考虑处理物料的应用对象。例如，用于高聚物基复合材料、塑料及橡胶等碳酸钙填料表面改性剂，既要能够与碳酸钙表面吸附或反应，覆盖于粒子的表面，又要与有机高聚物有较强的化学作用。因此，从结构上来说，表面改性剂应是一类具有一个以上能与碳酸钙表面结合的官能团和一个以上能与有机高聚物结合的官能团的化合物。由于碳酸钙表面改性剂涉及的应有领域很多，可用作表面改性剂的物质也很多，常用的表面改性剂有以下几类：脂肪酸、油脂、蜡、非离子型表面活性剂、硅酮类、钛酸酯、胺类、磷酸脂类、铝系化合物、锆----铝系化合物。使用最普遍的硬脂酸及其盐、石蜡、DOP、椰子油等长链脂肪酸，但由于脂肪酸酸链之间结合力弱，填充聚合物后力学强度不好；较为理想的表面改性剂是各种类型的偶联剂如硅烷、钛酸酯、铝酸酯等。硅烷偶联剂价格昂贵，而且对纳米碳酸钙改性效果不明显；钛酸酯偶联剂应用广泛，价格适中，但由于偶联剂的中心原子为金属钛原子，其产品具有较深的颜色（从浅棕色到深棕色），因此应用范围受到一定的限制。铝酸酯色泽洁白，但由于产品极易水解，不能暴露在空气中，也限制了它不能用于纳米碳酸钙的湿法改性。专利技术专利CN 102702795A公开了一种聚氨酯胶专用纳米碳酸钙的制备方法：采用二次深度过碳化及压榨式压滤机压滤和压榨两步脱水最大程度地降低镁离子在产品中的残留，从而最大程度降低了制备的纳米碳酸钙的碱性，而又用无机缩合酸对纳米碳酸钙颗粒进行表面处理，使产品满足了聚氨酯胶体系对改性填料碱度的要求；采用热风对纳米碳酸钙进行二次深度烘干，同时又用吸潮性极弱的硅烷基偶联剂对纳米碳酸钙颗粒进行表面憎水处理，使产品水分降低到0.1％以下，并不再吸潮反弹。然而，该产品选用的处理剂为无机缩合酸以及硅烷基偶联剂，与聚氨酯体系相容性较差，结合力较弱，力学强度难以有效获得提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述技术问题，提供一种与聚氨酯体系有较好结合力，并能显著提高聚氨酯密封胶力学性能的纳米碳酸钙的制备方法，通过碳化控制温度、浓度、和晶形控制剂，在表面处理采用脂肪酸盐和羧酸铋盐联合处理，并加入适量的酸，经过压滤、烘干、粉碎得到纳米碳酸钙产品，控制产品的比表面积为20-40m2/g，pH值7-9，应用于聚氨酯密封胶可提高聚氨酯密封胶的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术的聚氨酯密封胶专用纳米碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：A、向Ca(OH)2溶液中加入晶型控制剂，搅拌混合均匀，通入CO2气体进行鼓泡碳化反应直到溶液pH为7～8，得到熟浆；所述的晶型控制剂为蔗糖、柠檬酸、柠檬酸钠、EDTA、三乙醇胺、硫酸铝、硫酸锌、硫酸、硫酸钠、六偏磷酸钠、磷酸、乙酸中的一种或一种以上的混合，加入量为Ca(OH)2质量的0.1～2.0％；B、熟浆过筛后升温到60～85℃，在搅拌状态下加入饱和脂肪酸钠与羧酸铋盐的混合物作为表面活性剂，并调节pH值为7~9之间，继续搅拌45～60min；C、步骤B中搅拌后的熟浆进行压滤，得到滤饼，滤饼烘干进行粉碎并进一步干燥，即得。所述的步骤A中Ca(OH)2溶液的制备方法包括以下步骤：按配比为10：0.9～1.1将石灰石与无烟煤在立窑中进行煅烧，煅烧温度为900～1200℃，煅烧时间为8～24h，得到氧化钙，过筛去除煤灰和石灰粉，制成块状石灰，加水消化，过筛除去杂质后得到精乳浆，进行陈化，即得。所述的块状石灰加水消化的方法包括以下步骤：控制所用的水温度为40～60℃，水的用量为石灰质量的5～6倍，逐步加入块状石灰中，生成料浆，控制浆料中氢氧化钙浓度在10～15%之间，依次经过60目筛、旋液分离器、150目筛、250目筛除去杂质，即得精乳浆。所述的陈化的时间为16～32h。所述的步骤A中CO2气体的体积浓度为20～50%，碳化反应的时间为30～90min。所述的步骤C中表面处理剂的总用量为Ca(OH)2质量的2～8%，其中脂肪酸钠与羧酸铋盐的质量比为3~5：1。所述的脂肪酸钠为月桂酸钠、硬脂酸钠、棕榈酸钠、油酸钠、椰子油、棕榈仁油中的一种或两种以上的混合；羧酸铋盐为异辛酸铋、环烷酸铋、新葵酸铋中的一种或两种以上的混合物。所述步骤B中的pH的调节采用硫酸锌、硫酸铝或乙酸作为调节剂，加入量为Ca(OH)2质量的的0.1~3%。本专利技术的有益效果为：本专利技术的表面处理剂使用脂肪酸盐和羧酸铋盐联合处理，可以调节聚氨酯密封胶的固化速度，控制聚氨酯密封胶的交联网络结构，增加力学性能；其中，羧酸铋盐不仅能够有效包覆在碳酸表面，形成化学包覆层，而且在聚氨酯体系应用中，残余的铋盐能够起到催化剂作用，促进聚氨酯形成交联网络结构，力学强度有效提升。而在表面处理剂的成分中，若脂肪酸盐比例过大，聚氨酯体系的强度较差；若脂肪酸盐比例过小，聚氨酯反应速成度过快，贮存稳定性较差；若羧酸铋盐比例过大，残余的铋盐能够起到催化剂作用，反应速成度过快，造成贮存稳定性差；若羧酸铋盐比例过小，聚氨酯形成交联网络结构，不明显，力学强度较差。本专利技术申请人通过大量实验研究，获得科学合理的表面处理剂的加入量和配比，能够保障反应的稳定性和产品的质量。碳化反应过程中CO2气体浓度以及碳化时间的控制也进一步巩固了碳化反应的顺利进行，CO2气体浓度越大，碳化反应时间越短，生成的碳酸钙粒子越小；CO2气体浓度越小，碳化时间越长，生成的碳酸钙粒子越大。当纳米碳酸钙的比表面积过小，粒子大，补强效果差；比表面积太大，二次颗粒容易凝聚成大的粒子，要橡胶基体中不能良好分散，补强效果也会减小。本专利技术碳化后的碳酸钙熟浆的控制产品的比表面积为20-40m2/g，加入适量的酸以控制pH值在7-9之间，以提高聚氨酯密封胶的贮存稳定性。本专利技术经过原位包覆处理制备的纳米碳酸钙，特别是用于聚氨酯密封胶时，具有良好的贮藏稳定性、强度、拉伸性能，即具有良好的力学性能。本项目的纳米碳酸钙也可应用于塑料、橡胶、密封胶等其它领域，可提高制品的拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量，具有良好的机械性能；用本专利技术方法生产出来的纳米碳酸钙有着广阔的应用前景。具体实施方式下面通过具体实施例对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚氨酯密封胶专用纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A、向Ca(OH)2溶液中加入晶型控制剂，搅拌混合均匀，通入CO2气体进行鼓泡碳化反应直到溶液pH为7～8，得到熟浆；所述的晶型控制剂为蔗糖、柠檬酸、柠檬酸钠、EDTA、三乙醇胺、硫酸铝、硫酸锌、硫酸、硫酸钠、六偏磷酸钠、磷酸、乙酸中的一种或一种以上的混合，加入量为Ca(OH)2质量的0.1～2.0％；B、熟浆过筛后升温到60～85℃，在搅拌状态下加入饱和脂肪酸钠与羧酸铋盐的混合物作为表面活性剂，并调节pH值为7‑9之间，继续搅拌45～60min；C、步骤B中搅拌后的熟浆进行压滤，得到滤饼，滤饼烘干进行粉碎并进一步干燥，即得。

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯密封胶专用纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A、向Ca(OH)2溶液中加入晶型控制剂，搅拌混合均匀，通入CO2气体进行鼓泡碳化反应直到溶液pH为7～8，得到熟浆；所述的晶型控制剂为蔗糖、柠檬酸、柠檬酸钠、EDTA、三乙醇胺、硫酸铝、硫酸锌、硫酸、硫酸钠、六偏磷酸钠、磷酸、乙酸中的一种或一种以上的混合，加入量为Ca(OH)2质量的0.1～2.0％；B、熟浆过筛后升温到60～85℃，在搅拌状态下加入饱和脂肪酸钠与羧酸铋盐的混合物作为表面活性剂，并调节pH值为7-9之间，继续搅拌45～60min；C、步骤B中搅拌后的熟浆进行压滤，得到滤饼，滤饼烘干进行粉碎并进一步干燥，即得。2.根据权利要求1所述的聚氨酯密封胶专用纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中Ca(OH)2溶液的制备方法包括以下步骤：按配比为10：0.9～1.1将石灰石与无烟煤在立窑中进行煅烧，煅烧温度为900～1200℃，煅烧时间为8～24h，得到氧化钙，过筛去除煤灰和石灰粉，制成块状石灰，加水消化，过筛除去杂质后得到精乳浆，进行陈化，即得。3.根据权利要求2所述的聚氨酯密封胶专用纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述的块状石灰加水消化的方法包括以下步骤：控...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光贵，
申请(专利权)人：广西平南县恒祥钙业有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45