[发明专利]一种在水溶液中分散纳米碳酸钙粉体材料的方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种在水溶液中分散纳米碳酸钙粉体材料的方法，具体涉及一种通过分散剂和稳定剂复配使用、高速搅拌剪切作用和超声波分散等方法将纳米碳酸钙粉体材料在水溶液中分散到纳米级别并保持稳定性的方法，属于油田化学领域。

背景技术

纳米碳酸钙是20世纪80年代发展起来的一种新型超细固体材料，粒径小于100nm，是一种重要的无机填料，具有粒径较小，比表面积大，比表面能高，具有纳米颗粒所特有的小尺寸效应和表面效应，使其表现出普通的碳酸钙不具有的物理化学方面的优越性能，广泛应用于塑料、橡胶、油漆、油墨、造纸和涂料等诸多工业领域。

但纳米碳酸钙粉体材料（粒径小于100nm，如图1）在水溶液中分散时易发生团聚，即使是水溶性的，其分散粒径也多在几百个纳米（如图2），失去纳米碳酸钙所具有的特殊功能，限制了它在油田化学尤其是低孔低渗油气藏储层保护中的应用，将纳米碳酸钙在水溶液中分散到纳米级别并保持其稳定性仍是一大难题。

中国发明专利“水性高含量纳米碳酸钙分散体及其制备方法”（申请号：201110448717.9）公开了一种水性高含量纳米碳酸钙分散体及其制备方法，其由以下按总质量百分比计的各组分组成：40.0～60.0wt.％纳米碳酸钙，5.0～10.0wt.％表面改性剂，2.0～6.0wt.％润湿剂，6.0～15.0wt.％分散剂，5.0～10.0wt.％功能添加剂，0.2～0.5wt.％pH值调节剂和余量去离子水；所述分散剂由三种可聚合单体反应自制而成。该水性高含量纳米碳酸钙分散体在涂料制备过程中可等质量取代纳米碳酸钙粉末，且极易分散，提高涂料耐水性、耐洗刷性、耐沾污性、施工性等多方面的性能。但该发明最终得到的是水溶性高含量纳米碳酸钙分散体，本发明提供的是将纳米碳酸钙粉体材料分散在水中的方法，且本发明中所使用的分散剂与其不同，该专利亦未提及超声分散的方法。

中国发明专利“高固含量低粘度纳米碳酸钙悬浮和再悬浮制备方法”（ZL 201010226666.0）公开了一种高固含量低粘度纳米碳酸钙悬浮和再悬浮制备方法。本发明使用经表面改性的活性纳米碳酸钙为原料，制备高固含量低粘度的阳离子型、阴离子型纳米碳酸钙悬浮浆料，高固含量浆料加水稀释可以制得任意低浓度的悬浮稳定浆料，采用特殊的工艺将高固含量悬浮浆料干燥、粉碎后可以得到在水中可再悬浮的纳米碳酸钙粉体。所得产品制备工艺简单，储存稳定性好，可以按客户需求定制，使用范围广泛。但该专利并未提及纳米碳酸钙粉体材料在水溶液中分散后的纳米碳酸钙的粒径大小，且该专利也未提及超声分散的方法。

发明内容

本发明提供了一种水溶液中分散纳米碳酸钙粉体材料的方法，解决了背景技术中的不足，使用该方法可以获得分散粒径在100nm以内的纳米碳酸钙分散液，性能稳定。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种在水溶液中分散纳米碳酸钙粉体材料的方法，包括以下步骤：

（1）按照1~2：2~4：2~4的质量比称取阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和阳离子型表面活性剂，上述三者共同组成分散剂；

（2）将复合分散剂、稳定剂以及纳米碳酸钙粉体材料在搅拌的条件下按照5~10：3~5：1~50的质量比加入至水中，搅拌时间为5～20min，搅拌完成后采用超声波对水溶液进行分散，经分散完毕后纳米碳酸钙粉体材料在水溶液中的分散粒径平均小于100nm。

所述的纳米碳酸钙粉体材料的添加量为0.1～5kg/100L。

所述的纳米碳酸钙粉体材料为河南科力新材料股份有限公司、湖北凯龙化工集团股份有限公司或山西芮城新泰纳米材料有限公司所生产的纳米碳酸钙材料或具有类似品质的纳米碳酸钙材料。

所述阴离子型表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的一种或两种的混合物。

所述非离子型表面活性剂为OP-10乳化剂或OP-7乳化剂。

所述阳离子型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

所述的稳定剂为生物聚合物和高粘羧甲基纤维素（HV-CMC）中的一种或两种的混合物。

搅拌过程中的转速为8000r/min。

超声波分散时超声工作频率为28 KHz，超声分散时间为30min。