[发明专利]水性体系中低黏度和高触变性能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，具体涉及一种水性体系中低黏度和高触变性能纳米碳酸钙的制备方法。

背景技术

纳米碳酸钙是目前产量较大、价格较低的已工业化的功能性纳米材料，采用沉淀法制备的纳米碳酸钙(NPCC)在胶粘剂、涂料、塑料、橡胶、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，例如胶粘剂、涂料、橡胶、塑料等，并占有重要的市场份额。

随着人们环保意识的不断提高和环保法规的日趋严格，水性涂料和水性胶黏剂分别是目前涂料胶黏剂领域重点发展方向之一，而纳米碳酸钙由于其晶体结构和表面电子结构发生变化，产生了普通碳酸钙所不具有的小尺寸效应和表面效应。纳米碳酸钙在水性涂料中不仅可作为增白的体质颜料，增容降低成本，提高涂料油漆的光泽，提高产品的光泽度、干燥性和遮盖力，同时还具有补强作用。用纳米碳酸钙取代价格较贵的钛白粉，完全可以达到相同的效果。而纳米碳酸钙应用于水性胶黏剂材料中，与胶料有很好的亲和性，可以加速胶的交联反应，大大改善体系的触变性，增强尺寸稳定性，提高胶的机械性能，且添加量大，达到填充及补强双重作用。同时它能使胶料表面光滑细腻。即使大量添加后，密封胶的性能也基本不受影响。

此外，在涂料和胶粘剂等领域中，纳米碳酸钙还必须具有适合的粘度和良好的触变性能。通常的表面改性剂处理的活性纳米碳酸钙触变性较差，甚至没有。而且市场需求高触变性低粘度的纳米碳酸钙。触变性是指一些分散体系在搅动或其他机械作用下，体系的粘度或切力随时间变化的一种流变现象。在外切力作用下，若体系的粘度随时间下降，静止后又恢复，即具有时间因素的切稀现象，称为正触变性；反之，在外切力作用下，若体系的粘度或切力上升，静止后又恢复，即具有时间因素的切稠现象，称为负触变性。若在外切力作用下，某个特定体系随时间先后呈现正触变性特征和负触变性特征，则称之为复合触变性。例如，外墙涂料用丙烯酸涂料就要求有良好的正触变性能，以保证丙烯酸涂料在使用时低粘度，流挂性好，易于喷涂、流平，因此必须对触变性能进行严格控制，并且在水性体系中有良好的相容性和稳定性。

因此，纳米碳酸钙与水性聚合物体系的有机结合，不仅对水性涂料和水性胶黏剂向高质量、高档次方向发展，提高其在国内外市场上的竞争力，拓宽纳米碳酸钙的应用领域等方面将会起到积极作用，而且也会为国内纳米碳酸钙生产厂家带来福音。但是，由于纳米碳酸钙粒度小，具有极大的比表面积和较高的比表面能，极易发生粒子团聚使粒径变大，最终使用时影响纳米微粒所具有的功能。纳米碳酸钙在水中分散性差、易团聚、粘度大的特点已经成为其在涂料和胶粘剂等工业应用的瓶颈。为了提高纳米粒子在水性聚合物体系中的分散性，增强与其他组分的界面结合力，需要对其表面进行改性，以降低粒子的表面能，提高粒子与有机相的亲和力，减弱粒子的表面极性等。

近年来国内外碳酸钙的表面处理技术研究十分活跃。表面处理碳酸钙粉末产品的需求量正在不断增长，国外在碳酸钙粉末表面改性领域开发了许多处理方法，表面处理碳酸钙粉末产品品种也在与日俱增。

涉及到改善纳米碳酸钙在聚合物体系中的触变性等性能，已有国内外的研究者进行初步研究，例如专利CN1792803A和CN101475759A。但此类方法活化改性的碳酸钙产品的触变值有所提高的同时也给体系的黏度值带来了不利的提高，另外目前还没有针对水性聚合物体系中的高触变低黏度碳酸钙产品。

发明内容

本发明的目的是针对现有纳米碳酸钙，与水性体系相容性差、易结块，粘度高的缺点，提供一种水性体系中低黏度和高触变性能纳米碳酸钙的制备方法，产品同时具有相容性好、稳定性好、白度高的优点。

本发明所述的水性体系中低黏度和高触变性能纳米碳酸钙的制备方法，包含以下步骤：

(1)将碳酸钙在800-1200℃煅烧后的产物经过纯化、消化、陈化后，其中消化温度为70-90℃，陈化时间为1-48h，加水配制得到的浓度为5-20wt％的氢氧化钙浆料，通入二氧化碳体积分数为5-50％的二氧化碳和空气的混合气，并向氢氧化钙浆料中加入晶核控制剂后，晶核控制剂的添加量为氢氧化钙浆料中氢氧化钙质量的0.1-2.0％，在5-40℃碳化合成纳米碳酸钙浆料，碳化终点浆料的PH值在6.5-7.0，选取每100ml浆料3小时表观沉降体积在85-99ml的纳米碳酸钙浆料。