一種碳酸鈣表面改性劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種碳酸鈣表面改性劑，是一種以稀土氧化物和硅烷為原料，通過配位反應(yīng)制得的稀土-硅烷表面改性劑，該表面改性劑綜合了硅烷類和稀土類表面改性劑的優(yōu)勢，對碳酸鈣的表面改性效果好，改性后碳酸鈣與高分子材料的界面結(jié)合力強，并且制備方法工藝簡單。
【專利說明】一種碳酸鈣表面改性劑

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無機粉體表面改性劑領(lǐng)域，具體涉及一種碳酸鈣表面改性劑。

【背景技術(shù)】
[0002] 表面改性劑是一種改善高分子材料與無機填充劑或增強材料的表面性能的添加 齊IJ，其通過物理或化學(xué)的作用，將無機材料和高分子材料結(jié)合。在高分子材料加工過程中， 能夠降低材料的粘度，提高復(fù)合材料性能，使復(fù)合材料獲得良好的力學(xué)性能。表面改性劑 的結(jié)構(gòu)中同時具有親無機物的基團(tuán)和親有機基團(tuán)，親無機物的基團(tuán)的存在使表面改性劑可 與無機物的表面產(chǎn)生化學(xué)作用，親有機基團(tuán)使表面改性劑與聚合物或合成樹脂發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，因此可以活化無機物與有機物間的表面接觸度，同時能夠改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。
[0003] 常用的表面改性劑主要包括硅烷類、鈦酸酯類和稀土類三大種類。硅烷類表面改 性劑用于處理玻璃纖維表面的應(yīng)用較成熟，但是硅烷偶聯(lián)劑在某些樹脂中沒有很強的反應(yīng) 性，其偶聯(lián)效果不佳；鈦酸酯類表面改性劑具有價格優(yōu)勢，但是其表面改性效果差；稀土類 表面改性劑是一種新型環(huán)保表面改性劑，是我國特有的改性劑品種，具有較好的表面改性 效果，并且由于稀土元素的特殊偶聯(lián)作用，用其改性的無機粉體還能夠起到增塑、潤滑、增 韌高分子材料的作用，但是其存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、合成工藝繁瑣、成本高的缺點，不利于其推廣。
[0004] 隨著高分子基復(fù)合材料的快速發(fā)展，表面改性劑的需求越來越大，對新型表面改 性劑的要求也越來越迫切，新型多功能表面改性劑是發(fā)展趨勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種碳酸鈣表面改性劑，該表面改性劑綜合了硅烷類和稀 土類表面改性劑的優(yōu)勢，對碳酸鈣的表面改性效果好。
[0006] 本發(fā)明還提供了一種碳酸鈣表面改性劑的制備方法。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 一種碳酸鈣表面改性劑，其特征在于，所述表面改性劑是以稀土氧化物和硅烷為原料， 通過配位反應(yīng)制備得到的稀土-硅烷表面改性劑。
[0008] -種碳酸鈣表面改性劑的制備方法，其特征在于，制備步驟包括：準(zhǔn)確稱量物質(zhì)的 量之比為1:1?10的稀土氧化物和硅烷，加入反應(yīng)容器中，快速升溫到110?140°c，攪拌， 反應(yīng)2?5 h，制得稀土 -硅烷表面改性劑。
[0009] 優(yōu)選的，所述的稀土氧化物為氧化鑭、氧化鈰、氧化釹、氧化釤、氧化釔、氧化鏑、氧 化鐠、氧化銪的一種。
[0010] 優(yōu)選的，所述的硅烷的結(jié)構(gòu)為Y (CH2)nSiX3，其中，n=0?3, X為甲氧基、乙氧基、乙 酰氧基的一種，Y為氨基、環(huán)氧基、巰基的一種。
[0011] 稀土元素的外電子層結(jié)構(gòu)有較多的未充滿的4f電子層，可以作為中心離子接受 配位體的孤獨對電子，稀土元素的化學(xué)活性很強，稀土離子有較大的離子半徑，可通過靜電 引力與無機或者有機的配位體進(jìn)行配位形成離子鍵。元素氧、氟、氮、硫等有著較強的配位 能力，含這些元素的配位體都可以與稀土離子發(fā)生配位反應(yīng)而生成配合物。本發(fā)明利用稀 土元素的上述性能，控制適宜的反應(yīng)條件，使其與硅烷發(fā)生配位反應(yīng)，合成稀土-硅烷表面 改性劑。本發(fā)明的表面改性劑可用于對碳酸鈣進(jìn)行表面改性，也可用于對其他無機粉體或 增強材料例如滑石粉、二氧化鈦、二氧化硅、玻璃纖維、碳纖維等進(jìn)行表面改性，經(jīng)過表面改 性的無機粉體可填充所有高分子材料中，制備高分子基復(fù)合材料。優(yōu)選的，所述高分子材料 為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚硫橡膠等。
[0012] 本發(fā)明所具有的有益效果： (1)本發(fā)明碳酸鈣表面改性劑綜合了硅烷類和稀土類表面改性劑的優(yōu)勢，并且可以通 過調(diào)整兩種原料的物質(zhì)的量之比，可控實現(xiàn)凸顯硅烷表面改性劑的性能或是凸顯稀土表面 改性劑的性能，可制備系列稀土-硅烷表面活性劑產(chǎn)品，為不同無機粉體提供不同表面活 性劑的選擇。
[0013] (2)本發(fā)明碳酸鈣表面改性劑對碳酸鈣的表面改性效果好，改性后碳酸鈣與高分 子材料的界面結(jié)合力強，制備的復(fù)合材料綜合力學(xué)性能良好。
[0014] (3)本發(fā)明提供的碳酸鈣表面改性劑的制備方法工藝簡單。
[0015] (4)本發(fā)明碳酸鈣表面改性劑的成本低。

【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017] 實施例1 一種碳酸鈣表面改性劑，是以氧化鑭和Y -巰丙基三甲氧基硅烷為原料，通過配位反 應(yīng)制備得到的稀土-硅烷表面改性劑。
[0018] 制備步驟包括：準(zhǔn)確稱量物質(zhì)的量之比為1:6的氧化鑭和Y -巰丙基三甲氧基硅 烷，加入反應(yīng)容器中，快速升溫到130°C，攪拌，反應(yīng)3 h，制得稀土-硅烷表面改性劑。
[0019] 實施例2 一種碳酸鈣表面改性劑，是以氧化鑭和3-氨基丙基三乙氧基硅烷為原料，通過配位反 應(yīng)制備得到的稀土-硅烷表面改性劑。
[0020] 制備步驟包括：準(zhǔn)確稱量物質(zhì)的量之比為1:6的氧化鑭和3-氨基丙基三乙氧基硅 烷，加入反應(yīng)容器中，快速升溫到130°C，攪拌，反應(yīng)3 h，制得稀土-硅烷表面改性劑。
[0021] 實施例3 一種碳酸鈣表面改性劑，是以氧化鑭和Y -巰丙基三甲氧基硅烷為原料，通過配位反 應(yīng)制備得到的稀土-硅烷表面改性劑。
[0022] 制備步驟包括：準(zhǔn)確稱量物質(zhì)的量之比為1:7的氧化鑭和Y-巰丙基三甲氧基硅 烷，加入反應(yīng)容器中，快速升溫到120°C，攪拌，反應(yīng)3 h，制得稀土-硅烷表面改性劑。
[0023] 為了證明本發(fā)明表面改性劑對碳酸鈣的活化效果，分別采用本發(fā)明實施例1、實施 例2、實施例3、KH550硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑五種表面改性劑對碳酸鈣進(jìn)行表面處理， 五種表面改性劑的加入量均為碳酸鈣的1. 2%，采用高速混合機在80°C下高速攪拌lOmin， 得到表面改性碳酸鈣。然后分別測試碳酸鈣在液體石蠟中的粘度、沉降體積，并計算活化 度，比較五種表面改性劑對碳酸鈣的改性效果。碳酸鈣在液體石蠟中的粘度測試采用旋轉(zhuǎn) 粘度計測定體系粘度，用以表征碳酸鈣在樹脂中的分散狀況和相容性；沉降體積的測定步 驟為：先配置濃度為0. lg/mL的碳酸鈣-液體石蠟液體，以100?120次/min的速度震蕩 3min，靜置24h后，觀察固體體積的變化?；罨葴y試步驟為：將活化的碳酸鈣在蒸餾水中 分散，振蕩，取出上層漂浮的碳酸鈣，烘干稱重，與加入水中碳酸鈣的比值為活化度，即活化 度=(漂浮物重量/總重量）X 100%。并且將上述五種改性后的碳酸鈣填充到聚四氟乙烯 中，控制改性碳酸鈣的加入質(zhì)量百分比為20%，采用壓力機模壓成型，模壓壓力為28MPa，模 壓時間為20min，將模壓成型的坯體置于馬弗爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為350°C，燒結(jié)時間 為2h，經(jīng)燒結(jié)后制得聚四氟乙烯/碳酸鈣復(fù)合材料測試試樣，將試樣進(jìn)行拉伸性能和沖擊 性能測試，拉伸性能按照GB/T16421-1996進(jìn)行，沖擊性能按照GB /T1043-1993。每個數(shù)據(jù) 重復(fù)五次求平均值。測試結(jié)果列于下表：

【權(quán)利要求】
1. 一種碳酸鈣表面改性劑，其特征在于，所述表面改性劑是以稀土氧化物和硅烷為原 料，通過配位反應(yīng)制備得到的稀土-硅烷表面改性劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳酸鈣表面改性劑的制備方法，其特征在于，制備步驟包括： 準(zhǔn)確稱量物質(zhì)的量之比為1:1?10的稀土氧化物和硅烷，加入反應(yīng)容器中，快速升溫到 110?140°C，攪拌，反應(yīng)2?5 h，制得稀土-硅烷表面改性劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳酸鈣表面改性劑，其特征在于，所述的稀土氧化物為氧 化鑭、氧化鈰、氧化釹、氧化釤、氧化釔、氧化鏑、氧化鐠、氧化銪的一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳酸鈣表面改性劑，其特征在于，所述的硅烷的結(jié)構(gòu)為 Y(CH2)nSiX3，其中，n=0?3, X為甲氧基、乙氧基、乙酰氧基的一種，Y為氨基、環(huán)氧基、巰基 的一種。
【文檔編號】C09C3/06GK104479415SQ201410826002
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】由玉泉, 孟慶昌, 王啟庸 申請人:天津濱浦生產(chǎn)力促進(jìn)有限公司