CN112480713A - 一种聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,将石灰石在煅烧后得到生石灰,生石灰与水经过消化反应得到Ca(OH)2,过筛静置,再配置成Ca(OH)2悬浮液;通入二氧化碳混合气体,当反应悬浮液pH≤8的时候,往悬浮液中添加单月桂基磷酸酯,搅拌均匀后,继续通入二氧化碳进行反应;当体系的pH≤7,继续通入二氧化碳混合气体,体系pH≤7下稳定存在0.5~1.5h;再加入铝酸酯偶联剂溶液对其进行湿法表面改性,最后经过压滤,烘干,过筛,即可得纳米碳酸钙。本发明方法制得纳米碳酸钙颗粒分散性良好,颗粒形貌完整,与聚乙烯的相容性好;填充聚乙烯膜后,使其具有高透明度、优异的力学性能和良好的加工性能。
Description
技术领域
本发明属于无机材料技术领域,具体是一种聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备。
背景技术
纳米碳酸钙是塑料、涂料、橡胶、油墨、密封胶、造纸等最常用的填料。未经过改性的纳米碳酸钙亲水疏油,这使得它在聚合物复合材料中分散性差, 对于绝大多数应用,纳米碳酸钙须表面改性,以利于其亲油疏水,提高分散性。纳米碳酸钙作为聚乙烯透明膜配方的一个重要组分,对制品的力学性能、透明度、以及流动性影响极大。透明度是聚乙烯膜一个非常重要的质量指标,而纳米碳酸钙的形貌、分散性等对填充聚乙烯膜透明度影响极大。因此,纳米碳酸钙作为聚乙烯膜的填料时,对于制备聚乙烯膜的质量影响非常大。
专利CN 102585557A公开了一种农用PE薄膜透明填料纳米碳酸钙的表面改性方法。该发明采用硅铝复合溶胶对纳米碳酸钙进行湿法表面处理,在一定程度上提高了纳米碳酸钙填充聚乙烯膜的透明度;但是硅铝复合溶胶本身存在黏结性,使得碳酸钙填充聚乙烯膜在制备时,溶体黏度提高,加工性能极差。
专利CN 102827400A公开了一种用于透明聚乙烯塑料薄膜的填充母粒的制备方法,该发明采用稀土偶联剂对重质碳酸钙进行干法表面改性,工艺简单,使制备的碳酸钙母料在聚乙烯膜中填充量大;但对聚乙烯膜的透明度并没有提及。
专利CN 108530730A公开了掺杂超细碳酸钙的PE高填充母料及其制备方法,其中对碳酸钙的表面改性方式为:将已经干燥好的超细碳酸钙,加入至高速混合机中,边搅拌边加入钛酸酯偶联剂KR-TTS的乙醇溶液,充分搅拌后取出,得到有机表面改性的超细碳酸钙。该改性方法属于干法改性,只适用于小批量碳酸钙的表面改性;若进行大批量碳酸钙的干法改性,易造成改性剂分散不均,使得碳酸钙填充聚乙烯时,性能不稳定。
专利CN 109970088A公开了一种高端PE吹膜专用纳米碳酸钙的制备方法,使用油酸对纳米碳酸钙进行表面改性,制备得活化的纳米碳酸钙。这种表面处理的方式,虽然减少了无机粒子与基体结合时的摩擦力,但并没有考虑碳酸钙形貌和分散情况对聚乙烯膜的影响。
专利CN 106833026A 公开了一种实用新型涉及一种透明超高强度聚乙烯膜,该发明是由依次层叠的茂金属聚乙烯层,聚乙烯聚丙烯复合层和超高分子高密度聚乙烯层组成,。该发明加工方法简便,薄膜的强度高,热封温度低,可确保产品破包率减少或杜绝有破包率,使得包装产品运输更加安全。但这是一种聚乙烯透明膜的加工方式,与制备适用于聚乙烯透明膜的碳酸钙无关。
综上所述,目前关于聚乙烯透明膜专用纳米碳酸钙的制备,仍存在许多问题,已有的各种对纳米碳酸钙的制备和表面改性方式,仍不能较好地满足聚乙烯膜对透明度的需求。
发明内容
本发明针对当前纳米碳酸钙填料存在的不足,提供一种聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法。本发明方法制得纳米碳酸钙颗粒分散性良好,颗粒形貌完整,铝酸酯偶联剂能够均匀包裹在纳米碳酸钙颗粒表面,增强了纳米碳酸钙与聚乙烯的相容性;纳米碳酸钙填充聚乙烯膜后,使其具有高透明度、优异的力学性能和良好的加工性能。
为了实现以上目的,本发明采用的技术方案如下:
一种聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,包括如下步骤:
S1:将石灰石在1050~1250℃煅烧后得到生石灰,生石灰与水经过消化反应得到Ca(OH)2,过筛静置,再配置成6.0~11.5%固含量的Ca(OH)2悬浮液;
S2:将Ca(OH)2悬浮液通入二氧化碳浓度为20~30%的混合气体,二氧化碳混合气体的流量在0.005~0.015m2/h,当反应悬浮液pH≤8的时候,往悬浮液中添加单月桂基磷酸酯,搅拌均匀后,继续通入二氧化碳进行反应;
S3:当体系的pH≤7,继续通入二氧化碳混合气体,确保反应体系pH≤7下稳定存在0.5~1.5h;继续进行碳酸化反应,使得碳酸钙的形貌更加规整。
S4:往悬浮液中加入铝酸酯偶联剂溶液对其进行湿法表面改性,最后经过压滤,烘干,过筛,即可得到聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙。
优选地,所述单月桂基磷酸酯的加入量为碳酸钙干基质量的0.15~0.5%。
优选地,所述铝酸酯偶联剂溶液的加入量为悬浮液质量的5-15%,铝酸酯偶联剂溶液的质量百分浓度为50%。
优选地,步骤S2所述碳酸化反应控制温度为20~25℃、转速为600~900/min。
优选地,所述石灰石中碳酸镁含量≤0.2%。
优选地,所述表面改性是在温度为70~90℃,在转速为300~500r/min下搅拌30~60min。
优选地,所述烘干是在温度为120~135℃下烘干12~18h。
与现有技术相比,本发明的优点及有益效果为:
1、本发明方法通过在碳酸化反应后期添加单月桂基磷酸酯,并控制二氧化碳在低流量下加入,碳酸化反应pH≤7继续进行碳化反应0.5-1.5h,最后利用高处理剂的铝酸酯偶联剂进行湿法改性,制得的纳米碳酸钙分散性好,粒径分布均匀,形貌规整,铝酸酯偶联剂能够均匀包裹在纳米碳酸钙颗粒表面,增强了纳米碳酸钙与聚乙烯的相容性。
2、本发明方法制得的纳米碳酸钙填充聚乙烯膜,能够使得聚乙烯膜具有高透明度、优异的力学性能和良好的加工性能。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的纳米碳酸钙的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1
一种聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,包括如下步骤:
S1:将碳酸镁含量≤0.2%的石灰石在1100℃煅烧后得到生石灰,生石灰与水按照灰水比问1:7经过消化反应得到Ca(OH)2,过筛静置,再配置成10%固含量的Ca(OH)2悬浮液;
S2:将Ca(OH)2悬浮液通入二氧化碳浓度为20%的混合气体,二氧化碳混合气体的流量在0.01m2/h,当反应悬浮液pH≤8的时候,往悬浮液中添加为碳酸钙干基质量的0.25%单月桂基磷酸酯,搅拌均匀后,继续通入二氧化碳进行反应,碳酸化反应过程中控制温度为23℃、转速为800r/min;
S3:当体系的pH≤7,继续通入二氧化碳混合气体,确保反应体系pH≤7下稳定存在1h;
S4:往悬浮液中加入5%的铝酸酯偶联剂溶液(质量浓度为50%),在温度为80℃、转速为400r/min下搅拌40min进行湿法表面改性,最后经过压滤,在温度为130℃下烘干15h,过筛,即可得到聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙。
本例制得纳米碳酸钙经过扫描电镜检测,测试结果如图1所示。从图中可以看出本发明制得的纳米碳酸钙分散性好,粒径分布均匀,形貌规整。
实施例2
一种聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,包括如下步骤:
S1:将碳酸镁含量≤0.2%的石灰石在1100℃煅烧后得到生石灰,生石灰与水按照灰水比问1:6经过消化反应得到Ca(OH)2,过筛静置,再配置成8.5%固含量的Ca(OH)2悬浮液;
S2:将Ca(OH)2悬浮液通入二氧化碳浓度为25%的混合气体,二氧化碳混合气体的流量在0.012m2/h,当反应悬浮液pH≤8的时候,往悬浮液中添加为碳酸钙干基质量的0.3%单月桂基磷酸酯,搅拌均匀后,继续通入二氧化碳进行反应,碳酸化反应过程中控制温度为24℃、转速为600r/min;
S3:当体系的pH≤7,继续通入二氧化碳混合气体,确保反应体系pH≤7下稳定存在1.5h;
S4:往悬浮液中加入10%的铝酸酯偶联剂溶液(质量浓度为50%),在温度为70℃、转速为500r/min下搅拌60min进行湿法表面改性,最后经过压滤,在温度为120℃下烘干18h,过筛,即可得到聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙。
实施例3
一种聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,包括如下步骤:
S1:将碳酸镁含量≤0.2%的石灰石在1050℃煅烧后得到生石灰,生石灰与水按照灰水比问1:6经过消化反应得到Ca(OH)2,过筛静置,再配置成7.0%固含量的Ca(OH)2悬浮液;
S2:将Ca(OH)2悬浮液通入二氧化碳浓度为22%的混合气体,二氧化碳混合气体的流量在0.015m2/h,当反应悬浮液pH≤8的时候,往悬浮液中添加为碳酸钙干基质量的0.2%单月桂基磷酸酯,搅拌均匀后,继续通入二氧化碳进行反应,碳酸化反应过程中控制温度为25℃、转速为700r/min;
S3:当体系的pH≤7,继续通入二氧化碳混合气体,确保反应体系pH≤7下稳定存在0.8h;
S4:往悬浮液中加入15%的铝酸酯偶联剂溶液(质量浓度为50%),在温度为70℃、转速为500r/min下搅拌60min进行湿法表面改性,最后经过压滤,在温度为130℃下烘干15h,过筛,即可得到聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙。
实施例4
一种聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,包括如下步骤:
S1:将碳酸镁含量≤0.2%的石灰石在1200℃煅烧后得到生石灰,生石灰与水按照灰水比问1:8经过消化反应得到Ca(OH)2,过筛静置,再配置成10.5%固含量的Ca(OH)2悬浮液;
S2:将Ca(OH)2悬浮液通入二氧化碳浓度为30%的混合气体,二氧化碳混合气体的流量在0.01m2/h,当反应悬浮液pH≤8的时候,往悬浮液中添加为碳酸钙干基质量的0.3%单月桂基磷酸酯,搅拌均匀后,继续通入二氧化碳进行反应,碳酸化反应过程中控制温度为25℃、转速为600r/min;
S3:当体系的pH≤7,继续通入二氧化碳混合气体,确保反应体系pH≤7下稳定存在1.2h;
S4:往悬浮液中加入12%的铝酸酯偶联剂溶液(质量浓度为50%),在温度为70℃、转速为500r/min下搅拌60min进行湿法表面改性,最后经过压滤,在温度为120℃下烘干18h,过筛,即可得到聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙。
对比例1
S1:将碳酸镁含量≤0.2%的石灰石在1200℃煅烧后得到生石灰,生石灰与水按照灰水比问1:8经过消化反应得到Ca(OH)2,过筛静置,再配置成10.5%固含量的Ca(OH)2悬浮液;
S2:将Ca(OH)2悬浮液通入二氧化碳浓度为30%的混合气体,二氧化碳混合气体的流量在0.01m2/h,当反应悬浮液pH≤8的时候,往悬浮液中添加为碳酸钙干基质量的0.3%单月桂基磷酸酯,搅拌均匀后,继续通入二氧化碳进行反应,碳酸化反应过程中控制温度为25℃、转速为600r/min;
S3:当体系的pH≤7,往悬浮液中加入12%的铝酸酯偶联剂溶液(质量浓度为50%),在温度为70℃、转速为500r/min下搅拌60min进行湿法表面改性,最后经过压滤,在温度为120℃下烘干18h,过筛,即可得到纳米碳酸钙。
对比例2
S1:将碳酸镁含量≤0.2%的石灰石在1200℃煅烧后得到生石灰,生石灰与水按照灰水比问1:8经过消化反应得到Ca(OH)2,过筛静置,再配置成10.5%固含量的Ca(OH)2悬浮液;
S2:将Ca(OH)2悬浮液通入二氧化碳浓度为30%的混合气体,二氧化碳混合气体的流量在0.01m2/h,当反应悬浮液pH≤8的时候,往悬浮液中添加为碳酸钙干基质量的0.3%单月桂基磷酸酯,搅拌均匀后,继续通入二氧化碳进行反应,碳酸化反应过程中控制温度为25℃、转速为600r/min;
S3:当体系的pH≤7,继续通入二氧化碳混合气体,确保反应体系pH≤7下稳定存在1.2h,最后经过压滤,在温度为120℃下烘干18h,过筛,即可得到纳米碳酸钙。
对比例3
S1:将碳酸镁含量≤0.2%的石灰石在1200℃煅烧后得到生石灰,生石灰与水按照灰水比问1:8经过消化反应得到Ca(OH)2,过筛静置,再配置成10.5%固含量的Ca(OH)2悬浮液;
S2:将Ca(OH)2悬浮液通入二氧化碳浓度为30%的混合气体,二氧化碳混合气体的流量在0.01m2/h,当反应悬浮液pH≤8的时候,碳酸化反应过程中控制温度为25℃、转速为600r/min;
S3:当体系的pH≤7,继续通入二氧化碳混合气体,确保反应体系pH≤7下稳定存在1.2h;
S4:往悬浮液中加入12%的铝酸酯偶联剂溶液,在温度为70℃、转速为500r/min下搅拌60min进行湿法表面改性,最后经过压滤,在温度为120℃下烘干18h,过筛,即可得到纳米碳酸钙。
将本发明实施例1-4及对比例1-3制得纳米碳酸钙按照如表1的配方制备聚乙烯透明膜。其中聚乙烯透明膜制备方法如下:按配方比例称量好后,加入高速搅拌机混料机,先将纳米碳酸钙在1000r/min转速下在100℃混合10min,排除水分;然后加入LDPE、白油、石蜡,在1000r/min转速下搅拌5min;之后再加入硬脂酸,搅拌15分钟出料。将混合好的物料加入双螺杆挤出机中,使各区温度递进为130-170℃;挤出、喂料设定40r/min;最终得到挤出条,风干、切粒,得到聚乙烯膜用颗粒。将聚乙烯膜用颗粒加入吹膜机中,在各区温度递进为165-180℃,制备得宽13mm、厚度0.04mm的聚乙烯膜。
表1:本发明纳米碳酸钙聚乙烯透明膜的配方
名称 | 份数 |
LDPE | 100 |
硬脂酸 | 0.5 |
石蜡 | 0.35 |
白油 | 0.1 |
纳米碳酸钙 | 20 |
按照如下方法测定聚乙烯膜的性能,聚乙烯膜透明度测试:使用中建材轻工业自动化研究所有限公司的白度测试仪YQ-Z-48B测量。聚乙烯膜力学性能测试:使用深圳三思纵横有限公司万能试验机UTM6104测量。熔融指数测试:使用承德市纵弛检测仪器有限公司熔体流动速率仪XNR-400B测量。
表2:本发明纳米碳酸钙应用在聚乙烯膜的性能测试结果
名称 | 透明度,% | 横向拉伸性能,MPa | 纵向拉伸性能,MPa | 熔融指数,g/10min |
实施例1 | 89.4 | 32.4 | 42.5 | 6.3 |
实施例2 | 91.2 | 39.1 | 47.3 | 7.9 |
实施例3 | 91.8 | 41.5 | 49.7 | 8.5 |
实施例4 | 90.7 | 39.6 | 48.2 | 8.3 |
对比例1 | 86.7 | 37.6 | 44.5 | 8.2 |
对比例2 | 83.5 | 27.3 | 36.1 | 7.2 |
对比例3 | 85.7 | 25.0 | 38.9 | 6.9 |
从上述测试结果得知,本发明方法制得的纳米碳酸钙填充聚乙烯膜,能够使得聚乙烯膜具有高透明度、优异的力学性能和良好的加工性能。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型,而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1:将石灰石在1050~1250℃煅烧后得到生石灰,生石灰与水经过消化反应得到Ca(OH)2,过筛静置,再配置成6.0~11.5%固含量的Ca(OH)2悬浮液;
S2:将Ca(OH)2悬浮液通入二氧化碳浓度为20~30%的混合气体,二氧化碳混合气体的流量在0.005~0.015m2/h,当反应悬浮液pH≤8的时候,往悬浮液中添加单月桂基磷酸酯,搅拌均匀后,继续通入二氧化碳进行反应;
S3:当体系的pH≤7,继续通入二氧化碳混合气体,确保反应体系pH≤7下稳定存在0.5~1.5h;
S4:往悬浮液中加入铝酸酯偶联剂溶液对其进行湿法表面改性,最后经过压滤,烘干,过筛,即可得到聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙。
2.根据权利要求1所述聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,其特征在于:所述单月桂基磷酸酯的加入量为碳酸钙干基质量的0.15~0.5%。
3.根据权利要求1所述聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,其特征在于:所述铝酸酯偶联剂溶液的加入量为悬浮液质量的5-15%,铝酸酯偶联剂溶液的质量百分浓度为50%。
4.根据权利要求1所述聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,其特征在于:步骤S2所述碳酸化反应控制温度为20~25℃、转速为600~900/min。
5.根据权利要求1所述聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,其特征在于:所述石灰石中碳酸镁含量≤0.2%。
6.根据权利要求1所述聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,其特征在于:所述表面改性是在温度为70~90℃,在转速为300~500r/min下搅拌30~60min。
7.根据权利要求所述聚乙烯透明膜填充用纳米碳酸钙的制备方法,其特征在于:所述烘干是在温度为120~135℃下烘干12~18h。
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