具有阻燃功能的改性壳-核结构碳酸钙的制作方法

本发明涉及一种碳酸钙，尤其涉及一种具有阻燃功能的改性壳-核结构碳酸钙。

背景技术：

1、众所周知，在家电、电器、电线电缆等应用领域，对于塑料制品均有不同程度的阻燃要求，因而在这些产品中应用的塑料材料均需要进行阻燃改性。现阶段在进行塑料阻燃改性时，技术人员往往面临着两难选择，即采用有机阻燃剂时，虽然用量少，但有机阻燃剂本身价格高，致使改性成本一直居高不下，而采用无机阻燃剂，虽然价格低，但用量大，此会带来力学性能严重劣化的问题；有时为降低阻燃改性成本，又不得不选择加入填充剂，但填充剂的加入又会带来阻燃剂阻燃效率的下降。

2、为解决上述问题，以有机蒙脱土为代表的具有成碳功能的纳米材料在阻燃材料领域应用被重视，如专利号为“2019108588052”名称为“一种膨胀型高效复合阻燃剂及其制备方法”的发明专利、申请号为“2022114652823”名称为“一种pa66材料及其制备方法、电气设备”的发明专利申请、申请号为“202110734874x”名称为“一种塑料用加工助剂及其制备方法”的发明专利申请、以及申请号为“2018112658829”名称为“一种阻燃塑料及其制备方法”的发明专利申请等，均公开了有机蒙脱土与其它阻燃剂复配阻燃塑料材料的技术方案。

3、作为吸热型阻燃剂，氢氧化镁和氢氧化铝在改性塑料阻燃中作为无机阻燃剂单独使用或与其它阻燃剂复配使用也被广泛研究或应用。

4、以上研究与应用包括蒙脱土与溴系、磷系等阻燃剂复配应用，氢氧化镁和氢氧化铝的复配及与蒙脱土、溴系、磷系等阻燃剂复配使用等，其均期望在提高阻燃效率的同时降低阻燃材料成本和保持力学性能。

5、其中，为进一步降低成本，以碳酸钙为代表的填充材料与阻燃剂的复合使用也成为研究的重点，包括采用化学合成法合成的碳酸钙与有机蒙脱土复合而成的蒙脱土/碳酸钙复合材料、化学法合成碳酸钙与氢氧化铝(氢氧化镁)形成的复合材料等等，但这些复合技术无一例外成本不菲，对阻燃塑料材料的成本降低贡献不大。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种具有阻燃功能的改性壳-核结构碳酸钙，其在用于填充塑料时，可在保持塑料阻燃性能的情况下，降低阻燃改性成本并提高阻燃塑料材料的力学性能。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：具有阻燃功能的改性壳-核结构碳酸钙，包括如下组分：碳酸钙，具有阻燃功能的无机粉体，偶联剂，分散剂；所述具有阻燃功能的无机粉体通过反应的方式包覆在所述碳酸钙上后形成以具有阻燃功能的无机粉体为壳、以碳酸钙为核的壳-核结构碳酸钙，所述偶联剂的用量为所述壳-核结构碳酸钙质量的1～2％，所述分散剂的用量为所述壳-核结构碳酸钙质量的0.2～0.35％；所述具有阻燃功能的无机粉体为钠基蒙脱土或氢氧化铝。

3、作为优选的技术方案，以所述钠基蒙脱土为壳、以所述碳酸钙为核的壳-核结构碳酸钙的制备方法包括如下步骤：

4、步骤一、按所述钠基蒙脱土质量的4～5倍加水配制成蒙脱土悬浮液，搅拌状态下升温至80℃成糊状，并保温搅拌30min；

5、步骤二、按照所述钠基蒙脱土质量的50％称量改性助剂，并倒入所述蒙脱土悬浮液中，继续搅拌2～3小时，得到改性蒙脱土悬浮液；

6、步骤三、清除步骤二完成后漂浮在液面的反应杂质；

7、步骤四、将所述碳酸钙加入所述改性蒙脱土悬浮液，并保证碳酸钙与改性蒙脱土的质量总和在混合液中的占比不超过45％；

8、步骤五、维持温度不低于80℃，继续搅拌1小时；

9、步骤六、混合液中的改性蒙脱土沉淀于碳酸钙表面形成包覆层，放料过滤出粉体；

10、步骤七、过滤后的粉体通过闪蒸干燥，制成以钠基蒙脱土为壳、以碳酸钙为核的壳-核结构碳酸钙。

11、作为优选的技术方案，步骤四中当加入碳酸钙后混合液中碳酸钙与改性蒙脱土的质量总和占比超过45％时，对混合液进行补水，直至混合液中碳酸钙与改性蒙脱土的质量总和占比不超过45％。

12、作为优选的技术方案，所述改性助剂为十八烷基二甲基环氧基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、n-甲基甲酰胺、苯胺中的一种。

13、作为优选的技术方案，以所述氢氧化铝为壳、以所述碳酸钙为核的壳-核结构碳酸钙的制备方法包括如下步骤：

14、s1、使用氢氧化钠配置浓度为52％的氢氧化钠溶液，并加热到65～70℃；

15、s2、按照与氢氧化钠质量比为6:4的比例称量高品位铝土矿粉，将称量的高品位铝土矿粉倒入所述氢氧化钠溶液中，在搅拌条件下反应1小时；

16、s3、将反应后的溶液过滤，得到偏铝酸钠滤液；

17、s4、按所述碳酸钙质量的3～4倍加水配制成碳酸钙悬浮液，加热搅拌至80～90℃；

18、s5、将所述偏铝酸钠滤液倒入所述碳酸钙悬浮液，并加入偏铝酸钠质量0.05～0.1％的氢氧化铝后继续搅拌；

19、s6、继续搅拌2～3小时，偏铝酸钠分解成氢氧化铝沉淀于碳酸钙表面形成包覆层；

20、s7、放料过滤出固体粉末，将固体粉末闪蒸后制成以氢氧化铝为壳、以碳酸钙为核的壳-核结构碳酸钙；

21、s8、对s7的滤液进行回收处理，回收氢氧化钠再次利用。

22、作为优选的技术方案，所述偶联剂为含磷氮的硅烷偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种。

23、作为优选的技术方案，所述分散剂为聚酯型超分散剂、聚醚型超分散剂、聚丙烯酸酯型超分散剂、聚烯烃类超分散剂中的一种。

24、作为优选的技术方案，采用搅拌机与活化机联用制备，并包括如下制备步骤：

25、第一步、将所述搅拌机加热至50～55℃；

26、第二步、当所述搅拌机升温至设定温度后，将称量的以具有阻燃功能的无机粉体为壳、以碳酸钙为核的壳-核结构碳酸钙加入，搅拌至物料温度不低于50℃；

27、第三步、将分散剂和偶联剂分别匀速加入至所述搅拌机，两种助剂的加入时间分别控制在1～2min内完成；

28、第四步、继续搅拌5min，完成分散剂和偶联剂在壳-核结构碳酸钙内的分散，完成后放料至料仓；

29、第五步、启动活化机，将混合了分散剂和偶联剂的壳-核结构碳酸钙送入所述活化机进行活化处理；活化处理后，所述活化机内通过高速旋转的风力推动作用完成活化物料输出入分级机；

30、第六步、所述分级机内进行粉体筛分，团聚粉体或被偶联剂与分散剂黏附在一起的大颗粒粉体经回料管道返回搅拌机，重新进行打开并分散；合格粉体形成具有阻燃功能的改性壳-核结构碳酸钙，并在风力作用下通过出料管道进入储料仓。

31、作为优选的技术方案，所述活化机包括横向设置的活化腔室，所述活化腔室内转动安装有横向设置的活化主轴，所述活化主轴伸出所述活化腔室连接有活化驱动电机，所述活化腔室的室壁上位于所述活化主轴的两侧分别设有活化进料口和活化出料口；所述活化主轴上固定设有径向延伸设置的活化侧轴，所述活化侧轴上依次固定安装有若干连接杆，所述连接杆上安装有若干活化搅拌齿，各所述活化搅拌齿上分别固定设有若干活化销钉；所述活化主轴在进行活化处理时的转速不低于1400r/min。

32、作为优选的技术方案，所述搅拌机包括横向设置的搅拌腔室，所述搅拌腔室的室壁内设有加热夹层；所述搅拌腔室内转动安装有横向设置的搅拌主轴，所述搅拌主轴伸出所述搅拌腔室连接有搅拌驱动电机；所述搅拌主轴上沿轴向安装有若干倾斜设置的搅拌圆环，所述搅拌圆环与所述搅拌主轴之间固定连接有支撑杆，所述搅拌圆环与所述搅拌主轴之间的夹角为65°～72°；所述搅拌腔室的顶壁中心处设有搅拌加料口，所述搅拌腔室的室壁上位于所述搅拌加料口侧方设有助剂加入口，所述搅拌腔室的底壁中心处设有搅拌放料口。

33、由于采用了上述技术方案，具有阻燃功能的改性壳-核结构碳酸钙，包括如下组分：碳酸钙，具有阻燃功能的无机粉体，偶联剂，分散剂；所述具有阻燃功能的无机粉体通过反应的方式包覆在所述碳酸钙上后形成以具有阻燃功能的无机粉体为壳、以碳酸钙为核的壳-核结构碳酸钙，所述偶联剂的用量为所述壳-核结构碳酸钙质量的1～2％，所述分散剂的用量为所述壳-核结构碳酸钙质量的0.2～0.35％；所述具有阻燃功能的无机粉体为钠基蒙脱土或氢氧化铝。本发明中钠基蒙脱土可利用自身插层结构在进行有机改性后，与碳酸钙表面利用缠绕、氢键或范德华力结合，并通过闪蒸时的高温激活，蒙脱土侧面羟基与碳酸钙表面羟基缩合形成-o-结构，从而形成稳固的壳-核结构。所述氢氧化铝中的羟基(-oh)与碳酸钙表面的羟基(-oh)可发生缩合反应形成-o-结构，从而也形成稳固的壳-核结构。以上稳固的壳-核结构可提高共混体系力学性能。而钠基蒙脱土具有成碳功能，氢氧化铝高温分解出水而具备吸热阻燃作用，因此两种壳-核结构碳酸钙在用于填充塑料时，可在保持塑料阻燃性能的情况下，降低阻燃改性成本。