[发明专利]一种用于耐高温聚合物的纳米碳酸钙的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米碳酸钙的制备方法，尤其是涉及一种用于耐高温聚合物的纳米碳酸钙的制备方法。

背景技术

采用沉淀法制备的纳米碳酸钙(NPCC)在塑料、橡胶、胶粘剂、涂料、造纸、生物材料等多个领域有着广泛的应用，据国际机构ROSKILL预测2012年世界PCC(沉淀法碳酸钙)的市场用量将达到1,600万吨。在纳米碳酸钙的应用领域中，大多产品属于聚合物的范畴，例如塑料、橡胶、胶粘剂、涂料等，并占有重要的市场份额。以塑料为例，PCC在塑料中的市场用量将达到350万吨。相对于金属材料，聚合物材料由于具有质量轻、易于加工、比强度好的优点而在多个领域有着广泛的应用。但是，相对比于金属材料，聚合物的一个突出的不足之处在于耐热较差，为此，许多耐热性较好的聚合物被逐渐开发出来，并在汽车、电子、航天的等高端领域得到了广泛的应用。耐高温聚合物一般是指耐200℃以上的一类高性能聚合物，常用材料的热变形温度、维卡软化点等耐热参数来衡量。例如聚苯硫醚(PPS)的热变形温度可达240℃，氯化聚醚(CPE)的热变形温度可达210℃，聚芳砜(PAR)的热变形温度可达280℃，聚醚醚酮(PEEK)的热变形温度可达230℃，聚苯酯(POB)的热变形温度可达260-300℃，可熔聚酰亚胺(PI)的热变形温度为270-280℃，氨基塑料的热变形温度为240°，环氧(EP)的热变形温度可达230℃，聚苯并咪唑(PBI)的热变形温度可达435℃。纳米碳酸钙应用到这些聚合物中时，必须具有相当或更高的耐热性。

通用塑料的产品一般使用温度不高，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)的产品常在室温环境下使用，但是产品在加工成型过程中，大多需要经过高温熔融的过程，例如五大通用塑料中的高密度聚乙烯(HDPE)的注塑温度一般在180-250℃，PP的挤出温度在200-250℃范围内，聚氯乙烯(PVC)的挤出温度在170-200℃，ABS的注塑温度为180-230℃，聚苯乙烯(PS)的注塑温度为180-215℃。由上可见，纳米碳酸钙即使用于通用塑料，需要保持通用塑料在加工温度的条件下的热稳定性。

由上可见，纳米碳酸钙无论是应用到耐热聚合物还是通用型聚合物中，由于加工温度和使用温度均需要纳米碳酸钙能够在200℃以上温度保持较好的稳定性，否则会对产品的性能造成明显的影响。碳酸钙自身的耐热性相对于聚合物高很多，其分解温度可达700-800℃。然而，纳米碳酸钙的纯度通常在95-97％之间，其余组分以有机物为主，包括分散剂和改性剂等。这些改性剂对纳米碳酸钙的性能和应用起到了重要作用。例如，分散剂的加入可减少纳米颗粒的团聚，提高分散性；表面改性剂的加入可以提高纳米碳酸钙在聚合物体系中的相容性。由此可见，分散剂和表面改性剂对于纳米碳酸钙的应用是至关重要的。然而，分散剂和表面改性剂的加入，使得纳米碳酸钙温度使用窗口大大变小，原因是常用的分散剂和偶联剂在高温下易于分解，造成气泡、开裂、缺陷、变形等，从而影响材料的外观、耐热性能和力学性能。

纳米碳酸钙应用到聚合物中还需要具有良好的加工性和外观。粘度是聚合物加工过程中的重要指标，聚合物的加工工艺虽然很多，包括挤出、注塑、压延、模压、浇注等加工过程，较低的粘度是各种工艺所必需的基础。粘度过大会造成纳米碳酸钙的分散性降低、降低材料的强度同时降低生产效率、影响表面光泽等。因此，纳米碳酸钙需要较低的粘度。此外，许多聚合物产品为白色、透明、半透明颜色，例如管材、薄膜、塑料瓶、板材等，较高的白度对于提高产品的外观有重要作用。为了改善纳米碳酸钙在聚合物体系中的分散性、相容性等性能，通常纳米碳酸钙采用脂肪酸及其盐类进行活化改性，例如专利US2009124745A、JP2004345932、CN01126405、CN200510112372、CN200910014049等。现有的报道目前还没有涉及改性剂的耐热性及其对纳米碳酸钙应用材料的性能的影响。

发明内容

本发明的目的是：提供一种用于耐高温聚合物的纳米碳酸钙的制备方法，使产品耐热性高、粘度低、白度高。

本发明的技术方案是：用于耐高温聚合物的纳米碳酸钙的制备方法包括以下步骤：