[发明专利]高端水性涂料用改性纳米碳酸钙粉体的制备方法

说明书

本发明属于高端水性涂料用填料的制备，特别是指高端水性涂料用纳米碳酸钙粉体的改性方法。包括聚合物乳液制备、纳米碳酸钙浆料的制备、纳米碳酸钙的改性等工艺步骤。本发明解决了传统干法及湿法工艺中存在的改性剂用量大、包覆不均匀、改性剂极易随水流失等问题，也突破了原位聚合法工艺复杂、生产成本高、工业化困难等技术瓶颈。具有工艺步骤简单，工艺成本低，周期短，所制备的产品分散及包覆效果好，与水性涂料用基料乳液相容性好，产品主要性能指标符合相应的国标要求等优点。

技术领域

本发明属于高端水性涂料用填料的制备，特别是指高端水性涂料用改性纳米碳酸钙粉体的制备方法。

背景技术

碳酸钙作为一种重要的无机粉体材料，广泛用作塑料、橡胶、涂料、油墨、造纸和日化等行业的填料。水性涂料通常由聚合物乳液、颜填料和各种助剂加工制造而成，纳米碳酸钙由于价格较高，在中低端水性涂料中很少使用，通常作为主要颜填料应用于高端水性涂料制造以发挥其特性，在高档水性涂料生产中通常要加入30％以上的碳酸钙等无机颜填料，为克服碳酸钙粒子的团聚和沉淀，往往需要加入大量的分散剂和消泡剂等助剂，这些小分子助剂会影响涂层的附着力和耐水性等性能。通过对碳酸钙粒子表面改性实现其在涂料生产中的良好分散，可减少润湿分散剂和消泡剂的用量，增强涂层的光泽度、耐水性和附着力等性能，提高施工性能并提升涂料品质，因此，在高端水性涂料领域有着非常广阔的应用前景。由于碳酸钙表面存在亲水性羟基，与有机聚合物兼容性差，不易均匀分散且粒径越小越容易团聚，特别是纳米碳酸钙粒子在高档水性涂料中应用时由于团聚会影响其特性的发挥，因此需要对其表面进行改性处理，以满足在高端水性涂料生产中的应用。

目前纳米碳酸钙表面改性方法主要有两种：

一是通过硬脂酸及其盐、偶联剂等进行表面改性(分为干法和湿法)，申请人检索到的对比文献包括：申请号为201510095794.9的文献公开了一种湿法超微细改性碳酸钙制备工艺(湿法)，在制备碳酸钙浆液中加入硬脂酸钠，得到超微细改性碳酸钙浆料，然后进行闪蒸烘干，制备出表面改性纳米碳酸钙。该方法采用的改性剂是水溶性小分子，因其极易随水流失致使改性剂用量大，在颗粒表面包覆少且包覆不均匀；碳酸钙表面包覆的有机小分子与水性涂料用高分子乳液的相容性差，使其在水性涂料中分散效果差。申请号为201310277947.2的文献中公开了一种地板砖用改性碳酸钙及其制备方法(干法)，采用硅烷偶联剂与碳酸钙干法共混得到改性碳酸钙，该方法是先制备好纳米碳酸钙干粉，然后加入硅烷偶联剂，加热制备改性纳米碳酸钙干粉体材料。该方法采用小分子的偶联剂进行干法改性，因偶联剂价格昂贵，少量的偶联剂在纳米碳酸钙粉体表面难以形成均匀包覆，致使其在水性涂料中的分散性差。

二是采用原位聚合法改性纳米碳酸钙粒子，申请人检索到的非专利文献包括：如论文(聚苯乙烯\丙烯酸丁酯\纳米碳酸钙复合微粒的制备与表征)(张雪琴毋伟曾晓飞陈键锋；北京化工大学学报；2005,32(1):1-5)中，纳米碳酸钙直接加入聚合反应体系中进行原位聚合反应形成复合粒子。但该方法采用原位聚合法制备复合纳米碳酸钙粒子，碳酸钙处理量很小，反应体系不稳定，工艺复杂，生产成本高，目前主要适于实验室进行小试研究，工业化困难。

就申请人了解的范围而言，对于高端水性涂料用纳米碳酸钙粉体的性能指标目前在现有国标或行业技术规范中未见相应规定，而高端水性涂料的概念在行业技术领域中也较为模糊，为本领域技术人员的常用非标称谓，申请人借鉴同类产品的评价指标，作为衡量纳米碳酸钙的性能除了分散性这一重要技术指标外，还应包括如下技术指标：吸油值(参照GB\T19281-2003中3.21)、活化度(参照GB\T19281-2003中3.20)、白度(参照GB\T19281-2003中3.24)等。

发明内容