一种高悬浮性有机物-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体的制备方法

1.本发明涉及一种高悬浮性有机物-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体的制备方法。


背景技术：

2.胶体在自然界中普遍存在，可用于土壤保肥，冶金工业中选矿，制作豆腐，制作有色玻璃，以及提高金属、陶瓷等的机械性能。高悬浮性胶体由于具有大比表面积以及强吸附性能，已被应用于食品生产、农业生产、冶金工业、国防工业、节能环保、生物医药及高性能医疗装备。作为分散质的纳米颗粒由于大比表面积和高表面能，处于热力学极不稳定状态，易团聚。高悬浮性胶体的制备是使超细和纳米颗粒在应用体系中分散和发挥原有性能的基础。
3.高悬浮性胶体的制备一般包括物理方法和化学方法。物理方法主要是是通过机械力作用(如球磨、搅拌、超声等)使纳米颗粒分散在介质中，这个方法一般只能制备本身具有胶体性质的物质。化学方法是通过加入分散剂使分散后的纳米颗粒的稳定性增强，阻止再团聚。纳米碳酸钙由于超细化，产生了普通碳酸钙所不具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，已经广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨、日用品、医药和食品等领域。但是，纳米碳酸钙由于其大比表面积和高比表面能，处于热力学极不稳定状态，易团聚，难以制成高悬浮性胶体。有文献报道十二烷基苯磺酸钠在纳米碳酸钙表面的吸附提高了纳米碳酸钙在水中的分散性能，当十二烷基苯磺酸钠加入量在0.5g/l-2g/l之间，ph在9左右时，可以获得稳定的分散(mingqiao ge,wenyu liang,adsorption of sodium dodecylbenzenesulfate(sdbs)on nanosized caco3and dispersion of nanosized caco3in water，journal of dispersion science and technology，2010，31:1157-1162)。通过加入水溶液聚合法制成的超分散剂苯乙烯磺酸钠-聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯-丙烯酸二甲氨基提高了轻质碳酸钙的分散能力(李宁、高鹤、毛连山，caco3分散剂的合成及工艺优化，化学工业与工程，2021，38:36-42)。发明专利201910764385.1公开了一种高分散性的纳米碳酸盐凝胶体及其制备方法和应用，以多元醇、多元酸、金属盐和碳酸盐等常规试剂为原料，在一次溶液聚合反应后加入纳米晶粒生长抑制剂在60～70℃制得改性纳米碳酸盐凝胶体，制得的纳米碳酸盐凝胶体中纳米粒子分散效果好。发明专利201910247253.1公开了一种低表面能单分散纳米碳酸钙的制备方法，通过陈化剂对碳化得到的团聚颗粒进行表面解聚，并在碳酸钙表面吸附小分子，再利用长碳链表面改性剂进行接枝，空间位阻效应，得到了单分散的纳米碳酸钙。发明专利202011416922.2公开了一种水性涂料专用纳米碳酸钙的制备方法，采用三聚磷酸钠、二聚酸钠、硫酸锌和蔗糖的混合物为晶型控制剂，松香基三季铵盐、苯基三乙氧基硅烷和聚乙二醇的混合物为改性剂，通过碳化、表面改性和解聚，制得的水性涂料专用纳米碳酸钙具有好的悬浮性和存储稳定性。然而，这些制备方法具有一些缺点，制备的胶体维持稳定分散的时间短，胶体制备过程复杂，有机分子会破坏胶体表面结构。
4.上述现有技术中，胶体体系无机颗粒只有碳酸钙，功能单一。本发明以蒙脱石片层优异的悬浮性和聚乙二醇包覆碳酸钙所产生的空间位阻作用，发明了有机物-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体，该体系能形成高悬浮性且构成含有有机物、碳酸钙和蒙脱石的复合胶体体系，这种胶体具有高悬浮性能，能够应用造纸、水性涂料、医药等领域。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种新型高悬浮性有机物-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体的制备方法。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种有机物-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体的制备方法，所述制备方法为：
8.将碳酸钙和蒙脱石加入到水中，进行超声和机械搅拌处理，然后加入有机物依次进行摇床震荡，离心，烘干，即得所述有机物-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体；
9.所述碳酸钙与蒙脱石的质量比为1：9～9：1；
10.所述有机物的质量与碳酸钙和蒙脱石合计质量之比为1：10～1：2；
11.所述水的体积用量与碳酸钙和蒙脱石合计质量之比为100ml：2g；
12.所述有机物选自聚乙二醇、柠檬酸钠或十二烷基硫酸钠，所述聚乙二醇的分子量为1000、2000、4000、6000、10000或20000；
13.所述超声的频率为400hz，时间为2h；
14.所述机械搅拌的功率为20w，时间为1h；
15.所述摇床震荡的温度为90℃，速率为110rpm，时间为2h；
16.所述离心的速率为13000rpm，时间为20min；
17.所述烘干的温度为80℃，时间为12h。
18.本发明的有益效果在于：
19.本发明利用蒙脱石优异的悬浮性以及聚乙二醇包覆产生的空间位阻作用，促进碳酸钙在水中的悬浮性以及悬浮稳定性。本发明制得的有机物-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体具有高悬浮性，并且可以根据不同的使用需要改变有机物与蒙脱石和碳酸钙之和的质量比、碳酸钙与蒙脱石的质量比、以及选择不同的有机物来提高对不同需求的适用性。
具体实施方式
20.下面通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
21.以下实施例中，通过将制得的高悬浮性有机物-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体加入到水中来评估其分散性能，具体实验如下：
22.分别称取0.2g的碳酸钙(作为对比)，高悬浮性有机物-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体于10ml水中，观察悬浮状态。
23.实施例1
24.称取1g碳酸钙，1g蒙脱石于100ml去离子水中，然后将蒙脱石-碳酸钙悬浮液超声2h，磁力搅拌1h；称取0.2g聚乙二醇-1000加入到蒙脱石-碳酸钙悬浮液中，90℃，110rmp下摇床震荡2h，在13000r下离心20min后，放入80℃烘箱中干燥12h，制得聚乙二醇-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体。
碳酸钙多元复合胶体。
41.分别称取0.2g碳酸钙，0.2g聚乙二醇-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体于10ml水中，碳酸钙悬浮液5min后完全沉淀，而聚乙二醇-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体在放置10d后仍呈现浑浊状态。
42.所述聚乙二醇与蒙脱石和碳酸钙之和的质量比为1：2，碳酸钙与蒙脱石的质量比为1：1，聚乙二醇的分子量为4000。
43.实施例6
44.称取1g碳酸钙，1g蒙脱石于100ml去离子水中，然后将蒙脱石-碳酸钙悬浮液超声2h，磁力搅拌1h；称取0.6g柠檬酸钠加入到蒙脱石-碳酸钙悬浮液中，90℃，110rmp下摇床震荡2h，在13000r下离心20min后，放入80℃烘箱中干燥12h，制得柠檬酸钠-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体。
45.分别称取0.2g碳酸钙，0.2g柠檬酸钠-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体于10ml水中，碳酸钙悬浮液5min后完全沉淀，而柠檬酸钠-蒙脱石-碳酸钙多元复合胶体悬浮液在放置10d后仍呈现浑浊状态。
46.所述柠檬酸钠与蒙脱石和碳酸钙之和的质量比为3：10，碳酸钙与蒙脱石的质量比为1：1。
47.表1：实施例悬浮性结果
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