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重质碳酸钙10种表面改性配方汇总

   2024-04-10 粉体技术网1770
核心提示:重质碳酸钙10种表面改性配方

重质碳酸钙在机械粉碎过程中产生的Ca2+和CO32-不饱和质点容易和吸附的水分子发生反应产生羟基,使得重质碳酸钙具有亲水性,但是有机聚合物亲油疏水,两者表面性质相反导致重质碳酸钙在有机聚合物基体中的相容性差,分散不均匀,界面结合力弱,致使高聚物基复合材料在使用过程中容易产生界面缺陷,使用性能下降,因此必须对重质碳酸钙进行表面有机改性。
为此,粉体技术网特意整理了10种重质碳酸钙表面改性配方,改性工艺涉及湿法、干法,改性剂包括偶联剂、硬脂酸、桐酸酸酐水解物、聚乙二醇、硅油、高分子乳液、双棕榈酰酒石酸二酯、表面活性剂类等,具体如下:

配方一:气流粉碎与表面改性一体化处理

改性剂:钛酸酯偶联剂,改性剂溶液中钛酸酯偶联剂的质量分数为50%,溶剂为无水乙醇。改性方法:采用气流粉碎与表面改性一体化处理方式,先将1.5kg的重钙颗粒加入气流粉碎腔中,然后采用蠕动泵将改性剂溶液通过雾化喷嘴喷入改性腔中,同时开启超音速粉碎喷嘴用高压空气,对粉碎腔中的重钙颗粒进行粉碎,实现重钙颗粒气流粉碎同时表面改性处理的目的。每5min后对粉碎得到的超细重钙粉进行称重,然后在粉碎腔中添加相同质量的重钙粉以保持粉碎腔中的重钙粉质量不变。30min后结束粉碎与改性一体化实验。测试与表征:采用粉碎出料速率来评价重钙颗粒的气流粉碎效果,在相同的分级轮转速条件下,粉碎出料速率越快,表明重钙颗粒粉碎能耗越低,粉碎效果越好。采用粉体的粒度分布来研究改性过程对重钙超细粉粒度是否有影响,当重钙粉体的粒度变化不大的情况下,其出料速率越快,表明粉碎效果越好。采用超细重钙-液体石蜡体系的黏度来评价重钙粉表面改性的效果,黏度越低,表明超细重钙粉与有机基体相容性更好,其在有机基体中更容易分散均匀,其表面改性效果也越好。改性效果:在气流粉碎的同时进行表面改性处理,可以提高超细重钙粉的出料速率,当粉碎气流温度为60℃,改性剂溶液中偶联剂的质量分数为50%,改性剂溶液流量为1.5mL/min时,重钙颗粒的粉碎出料速率由21.0g/min提高到56.7g/min,出料速率提高了170%;在气流粉碎的同时进行表面改性处理,可以得到与有机基体具有良好相容性的重钙粉;在气流粉碎的同时进行表面改性处理,表面改性过程对超细重钙粉的粒度影响不明显,其粒度主要是由分级轮转速来决定。
配方二:桐酸酸酐水解物干法改性

改性剂:以桐油酸为原料,与顺丁烯二酸酐经过Diels-Alder反应,合成桐酸酸酐,将其水解得到具有多作用点的三羧基桐酸酸酐水解物改性剂。改性方法:(1)桐酸酸酐水解物的合成:在三口烧瓶内加入20.0g桐油酸,不断搅拌下加热到65℃并恒温,开始加入3.6g顺丁烯二酸酐,当顺酐全部溶解后,升温至140℃左右,反应90min,得到棕黄色黏稠的桐酸酸酐;将桐酸酸酐溶于一定量的丙酮中配成丙酮溶液,加入适量的水将酸酐水解,室温静置30min后,即得到桐酸酸酐水解物。(2)采用干法改性重质碳酸钙:将100g重质碳酸钙干粉加入高速分散机中,升温至50℃,滴加一定质量的桐酸酸酐水解物的丙酮溶液,滴毕充分混合搅拌15min,改性完成后干燥至恒质量,粉碎,200目过筛,即得到改性的重质碳酸钙。测试与表征:活化度、吸油值、接触角、黏度,并制备碳酸钙/PVC复合材料测试性能。改性效果:桐酸酸酐水解物用量为碳酸钙1.5%(质量分数),对碳酸钙具有最佳改性效果,活化度可达83.40%,吸油值降为28.29mL/100g,黏度降低46.36%,水的接触角为99°。改性碳酸钙填充到PVC材料中,可使复合材料的缺口冲击强度由8.455kJ/m2增加到10.216kJ/m2,断裂伸长率由16.12%增加到24.52%,改性碳酸钙对PVC材料起到增韧的作用。
配方三:硬脂酸湿法研磨改性

改性剂:硬脂酸。改性方法:称取900g粒度约为45μm的碳酸钙干粉,配成固体质量分数为75%的浆料,加入硬酯酸,硬酯酸为碳酸钙干粉质量的1%-3%。浆料在42℃时初始黏度为147mPa·s,静止20min后黏度228mPa·s。碳酸钙浆料体积约为600mL。在搅拌分散机中以1000r/min的速度搅拌90min。停止搅拌,取出浆料,置于180℃的干燥箱中烘干,烘干后取出改性块体,采用粉碎机高速粉碎3min,得到改性的碳酸钙干粉。测试与表征:粒度、表面活化度、吸油值、白度。改性效果:常温下可以实现重质碳酸钙研磨改性一体化工艺,研磨后碳酸钙颗粒的粒径由45μm降至2μm。随着硬脂酸的添加量逐渐增加,重质碳酸钙的活化度增加,吸油值下降。当硬脂酸的添加量增至2%(质量分数)后,重质碳酸钙的活化度超过98%,吸油值降至0.267g/g。重质碳酸钙研磨改性一体化工艺有利于降低重质碳酸钙的生产成本,增加产品的竞争力。
配方四:硬脂酸-钛酸酯偶联剂湿法球磨改性

改性剂:以硬脂酸和钛酸酯偶联剂为复合改性剂,无水乙醇为分散剂。改性方法:称取15.0g重钙粉体放入球磨罐中,按质量比称取一定量硬脂酸、钛酸酯偶联剂放入球磨罐中,加入无水乙醇至恰好淹没粉体为止,启动球磨机对重钙粉体进行球磨改性。改性后粉体放入干燥箱中于80℃干燥,冷却至室温,经研磨得到改性产品。测试与表征:活化度、吸油值、沉降体积、粒度。改性效果:经过单因素实验和正交实验得到优化改性工艺条件为球磨时间为1.5h、球磨转速为350r/min、改性剂用量为2.0%、改性剂配比为1:3。与未改性重钙粉体相比,改性重钙粉体的活化度提高了、吸油值降低了、沉降体积减小了、粒度减小了,改性效果良好。在优化工艺条件下,改性重钙粉体的活化度为99.4%、吸油值为14.27g(以100g改性重钙粉体计)、沉降体积为1.08mL/g、粒度D50为1.58μm。
配方五:人造石材用重质碳酸钙干法改性

改性剂:聚乙二醇-200、一缩二乙二醇、三乙醇胺和氨基硅油-804。改性方法:采用干法改性方法,称取100g重质碳酸钙粉体放入三口烧瓶中,并将三口烧瓶置于恒温水浴锅中,启动电动搅拌器进行搅拌,待温度升至95℃时,边搅拌边加入表面改性剂,加完后继续在95℃搅拌反应30min,制得重质碳酸钙改性粉体;待改性好的粉体冷却后取样进行测试和表征。测试与表征:吸油值、红外光谱、热重分析。改性效果:4种表面改性剂降低重质碳酸钙填料吸油值的强弱顺序为氨基硅油-804>聚乙二醇-200>三乙醇胺>一缩二乙二醇;同种改性剂,其用量不同时,吸油值不同,一般改性剂用量越大,吸油值越低;所用改性剂均与重质碳酸钙粉体表面的官能团羟基发生了化学键合作用;氨基硅油-804用量达到1.00%时,改性后样品的吸油值可达到0.115mL/g,热重分析表明,其改性后样品的热稳定性最好,热分解温度为325℃。
配方六:高分子乳液干法改性

改性剂:高分子乳液。改性方法:将碳酸钙放入烘箱在110℃进行干燥24h,去除水分后,称取一定质量的干燥的重质碳酸钙粉加入到三颈烧瓶,放入80℃的水浴锅中电动搅拌,转速为500r/min,在三颈烧瓶中加入高分子乳液,电动搅拌50min,冷却出料即为改性重质碳酸钙。测试与表征:活化率、FT-IR、XRD、SEM、Zeta电位。改性效果:当改性温度为80℃,改性时间为50min,转速为500r/min,高分子乳液用量为咸丰重质碳酸钙质量的3%时,改性碳酸钙的活化率达90.8%,改性效果较好。利用FT-IR、XRD、SEM、Zeta电位对碳酸钙进行表征,结果表明,高分子乳液已成功接枝到碳酸钙表面。改性碳酸钙的特征衍射峰向高角度偏移,但高分子乳液改性并未改变响碳酸钙晶型。改性碳酸钙的Zeta电位从14.1mV提高到29.8mV,粒径较小,分散性有所增强。
配方七:硅橡胶用重质碳酸钙改性

改性剂:γ-氯丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、硬酯酸钠、钛酸酯偶联剂。改性方法:通过湿法进行接枝改性,称取200g烘干处理的超细重质碳酸钙放入圆底烧瓶中,用300g无水乙醇分散,在80℃的水浴锅中加热并搅拌10min,然后加入粉料质量2.5%的改性助剂,继续在以上条件下反应60min后,趁热过滤、洗涤、烘干,即得改性超细重质碳酸钙粉体。测试与表征:傅里叶变换红外光谱、热失重分析仪和粒径分析,硅橡胶流变性能及力学性能测试。改性效果:通过流变学数据发现改性超细重质碳酸钙较未改性超细重质碳酸钙能够很好地在硅橡胶中分散,与胶体相容性更好。因超细重质碳酸钙在尺寸上不具有纳米补强效果,表面处理后的超细重质碳酸钙与硅橡胶作用力减弱,致使硫化后的硅橡胶的性能较未改性超细重质碳酸钙有一定幅度降低。得益于KH-550的结构特点(氨基及烷氧基),KH-550处理的超细重质碳酸钙不仅能够在硅橡胶中分散良好,而且能够与硅橡胶形成化学键,所制得的RTV硅橡胶因而具有最佳的力学性能。
配方八:双棕榈酰酒石酸二酯改性

改性剂:双棕榈酰酒石酸二酯。改性方法:(1)双棕榈酰酒石酸二酯的合成:取10.3g棕榈酸于圆底烧瓶中,搅拌下缓慢滴入10mL氯化亚砜,滴加完毕后升温至80℃反应3h至溶液呈透明状。减压旋蒸除去过量的氯化亚砜,加入5mL甲基叔丁基醚继续旋蒸,得到棕黄色棕榈酰氯。将棕榈酰氯用二氯甲烷溶解后转入三口烧瓶中,冰水浴条件下加入16.8mL三乙胺。称取3.0g酒石酸,用丙酮加热溶解后滴加到三口烧瓶中,完毕后升温至室温反应过夜。抽滤,滤液减压旋蒸后成膏状固体粗产品,丙酮重结晶2次,干燥后得到白色固体,即为目标产物双棕榈酰酒石酸二酯。(2)重质碳酸钙改性:称取一定量碳酸钙粉末,加水搅拌形成浆液后置于恒温水浴锅中加热,固定搅拌转速为450r/min。待加热到所需温度时加入适当质量分数的改性剂,继续恒定温度搅拌反应一段时间。抽滤、烘干、研磨至粒径<250μm,得到碳酸钙改性产品。测试与表征:吸油值、沉降体积、活化度。改性效果:双棕榈酰酒石酸二酯改性粒径为10μm的重质碳酸钙的最优条件为改性剂用量为2.0%,改性时间为55min,改性温度为60℃。在此条件下改性碳酸钙的吸油值从0.2780mL/g下降到0.2039mL/g,沉降体积从1.3mL/g下降到0.3mL/g,活化度从0提高到98.58%,改性效果显著。用双棕榈酰酒石酸二酯改性碳酸钙与硬脂酸改性碳酸钙相比,前者的吸油值、沉降体积都比后者更低,而且活化度更好,这说明具有双疏水链、双羧酸的双棕榈酰酒石酸二酯的改性效果比传统单链的硬脂酸的改性效果要好。
配方九:聚丙烯用重质碳酸钙改性

改性剂:铝酸酯偶联剂DL-411和硬脂酸钠。改性方法:(1)铝酸酯偶联剂DL-411改性重质碳酸钙,称取30g重质碳酸钙于250ml反应瓶中,加入一定量的水和乙醇搅拌均匀配成悬浮液,升温;将铝酸酯偶联剂溶于适量无水乙醇中,于超声清洗仪中分散均匀;待温度至设定值,将铝酸酯-醇溶液加入盛有重质碳酸钙悬浮液的反应瓶中,搅拌反应一段时间;反应结束,产物用乙醇反复洗涤多次,抽滤分离,在50℃下真空干燥24h得最终产物铝酸酯偶联剂改性重质碳酸钙。(2)硬脂酸钠改性重质碳酸钙,称取30g重质碳酸钙于250ml反应瓶中,加入一定量的水和乙醇搅拌均匀配成悬浮液,升温;待温度至设定值,将一定量硬脂酸钠固体颗粒加入盛有重质碳酸钙悬浮液的反应瓶中,搅拌反应一段时间;反应结束,产物用水、乙醇反复洗涤多次,抽滤分离,在50℃下真空干燥24h得最终产物硬脂酸钠改性重质碳酸钙。测试与表征:吸油值、沉降体积、接触角,碳酸钙/聚丙烯复合材料性能检测。改性效果:硬脂酸钠改性1250目重质碳酸钙最佳条件为改性温度25℃,m(碳酸钙):m(乙醇):m(水)=3:1.5:3,硬脂酸钠/重质碳酸钙质量3.0%,搅拌速度400r/min,搅拌时间40min;硬脂酸钠改性重质碳酸钙吸油值和沉降体积降低约50.0%,接触角为129.2°。铝酸酯偶联剂DL-411改性重质碳酸钙最佳条件为改性温度25℃,m(碳酸钙):m(乙醇):m(水)=3:1.5:3,铝酸酯偶联剂/重质碳酸钙质量2.0%,三乙胺/碳酸钙质量0.5%,搅拌速度300r/min,搅拌时间2min;相比未改性碳酸钙,铝酸酯偶联剂改性重质碳酸钙吸油值降低47.0%,沉降体积降低45.8%,接触角达136.3°。硬脂酸钠改性重质碳酸钙填充于PP中最佳填充量为20%,与原料PP相比,断裂伸长率和冲击强度提高12.5%、15.7%。铝酸酯改性重质碳酸钙于聚丙烯中最佳填充量为30%,断裂伸长率提高15.0%,冲击强度提高16.0%。
配方十:重质碳酸钙有机改性

改性剂:表面活性剂类新型改性剂JST-9001(聚氧乙烯醚型复合改性剂)、JST-9002(磷酸酯型复合改性剂)、JST-9003(聚氧乙烯醚型复合改性剂)、JST-9004(磷酸酯型复合改性剂、硬脂酸、铝酸酯F-2、氨基硅油585C和羟基硅油。改性方法:称取100g重质碳酸钙粉体置于500mL的三口烧瓶中,设定恒温水浴锅的温度,控制数显电动搅拌器的转速在(1300±50)r/min,然后再将所用的改性剂逐滴滴入三口烧瓶内的重质碳酸钙表面(加改性剂速度适中,不能过快或过慢),加完改性剂,密封三口烧瓶后开始计时。一定时间后,关闭仪器,待样品冷却后取出并用密封袋封存。测试与表征:吸油值、活化指数、油相分散稳定性和水接触角,红外光谱(FTIR)、热重(TG)。改性效果:相比于JST-9002、JST-9004、羟基硅油和氨基硅油585C,JST-9001、JST-9003、硬脂酸和铝酸酯F-2四种改性剂对重质碳酸钙的改性效果更好。新型改性剂JST-9001和JST-9003可在低改性剂用量(0.50%)的情况下获得比硬脂酸和铝酸酯F-2更优的改性效果。JST-9001和JST-9003改性C525重质碳酸钙样品的吸油值分别为0.11mL/g和0.10mL/g,活化指数分别为98.77%和99.19%,浊度变化率为4.06%和5.30%,润湿接触角分别为154.2°和151.4°;改性C1000重质碳酸钙样品的吸油值分别为0.14mL/g和0.15mL/g,活化指数分别为89.73%和93.77%,浊度变化率分别为16.04%和9.59%,润湿接触角为91.9°和87.7°。优化用量下JST-9001和JST-9003改性剂分子中的亲水基与重质碳酸钙表面的—OH发生键合作用,改性剂分子层包覆于重质碳酸钙颗粒表面,因此重质碳酸钙表面性质发生改变,由亲水性转变为疏水性,且吸油值显著下降


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