环保型碳酸钙粉的表面改性方法与流程

本发明涉及碳酸钙粉改性，具体为环保型碳酸钙粉的表面改性方法。

背景技术：

1、碳酸钙粉作为一种重要的无机填料，广泛应用于涂料、塑料、橡胶、造纸、医药和建筑等多个行业。传统的碳酸钙粉在应用过程中，存在亲水性较差、分散性不足和表面活性低等问题，导致其在水性体系或有机体系中的应用受限。此外，未经改性的碳酸钙颗粒在复合材料中易发生团聚，影响材料的力学性能和加工性能。

2、为改善碳酸钙粉的分散性和亲水性，现有技术中通常采用偶联剂对碳酸钙表面进行改性。传统的表面改性方法通常使用有机溶剂和硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等化学试剂，这些试剂虽然能有效提高碳酸钙的分散性和表面亲和力，但其使用过程中的挥发性有机化合物(vocs)排放较高，易对环境和人体健康造成危害，且处理成本较高，不符合绿色环保的要求。

3、随着环保法规的日益严格和人们对生态环境保护意识的增强，开发低污染、绿色环保的碳酸钙改性方法成为了研究热点。目前已有一些绿色改性方法的探索，如采用水基体系或植物源材料进行改性，以替代传统的有机溶剂。然而，这些方法在亲水性、耐水性和化学稳定性方面仍存在不足，且在实际应用中的效果和稳定性有待进一步提高。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了环保型碳酸钙粉的表面改性方法，解决了碳酸钙改性方法中环境污染严重、亲水性和分散性不足的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：环保型碳酸钙粉的表面改性方法，包括以下步骤；

3、s1、对碳酸钙粉进行预处理，通过超声波分散和酸性预处理去除杂质并增强表面活性；

4、s2、将植物源偶联剂按1:10的比例与去离子水混合，并加热到30℃-50℃，将ph调节5.0-6.0形成偶联溶液；

5、s3、将预处理后的碳酸钙粉按1:1与偶联溶液进行搅拌混合；

6、s4、用去离子水清洗改性碳酸钙粉至洗液无色，去除多余的偶联溶液，将碳酸钙粉放在烘箱中干燥，使单宁酸偶联层稳定附着；

7、s5、对初次改性后的碳酸钙粉进行交联稳定处理；

8、s6、将水基处理剂按1:10与去离子水混合，并将温度控制在25℃-40℃，形成水基处理溶液；

9、s7、将交联处理后的碳酸钙粉缓慢加入水基处理溶液中进行搅拌，形成水基保护层；

10、s8、对二次改性后的碳酸钙粉进行干燥、粒径控制和包装，以获得环保型改性碳酸钙粉。

11、优选的，所述步骤s1具体包括；

12、s1.1、对碳酸钙粉进行研磨，粒径控制在5μm-15μm；

13、s1.2、将碳酸钙粉按1:5的比例与去离子水混合；

14、s1.3、将混合溶液放入超声波分散装置中以频率20khz-50khz，功率100w-200w进行15min-20min处理，使碳酸钙粉均匀分散，去除表面杂质；

15、s1.4、使用真空过滤装置过滤分散后的碳酸钙粉，去除多余的水分；

16、s1.5、在去离子水中加入柠檬酸，将溶液ph调节到4.5-5.5，获得酸性溶液；

17、s1.6、将清洁后的碳酸钙粉缓慢加入酸性溶液中，在室温条件下以200rpm-400rpm搅拌10min-15min；

18、s1.7、用去离子水多次清洗预处理后的碳酸钙粉，直至ph中性，再进行真空过滤；

19、s1.8、将碳酸钙粉置于50℃-70℃烘箱中干燥，干燥时间约为4h-6h。

20、优选的，所述步骤s2中植物源偶联剂为单宁酸。

21、优选的，所述步骤s3中搅拌混合温度控制在30℃-50℃，搅拌时间控制在20min-40min。

22、优选的，所述步骤s4中干燥温度控制在60℃-70℃，干燥时间控制在5h-7h。

23、优选的，所述步骤s5具体包括；

24、s5.1、将柠檬酸按0.1:100的比例与去离子水混合，获得柠檬酸钠溶液；

25、s5.2、将干燥的碳酸钙粉加入柠檬酸钠溶液中，在25℃-40℃下搅拌20min-40min，使偶联层与柠檬酸钠发生交联反应；

26、s5.3、用去离子水清洗碳酸钙粉2-5次，去除未反应的柠檬酸钠；

27、s5.4、将碳酸钙粉置于烘箱中干燥，干燥温度控制在50℃-70℃，确保交联层稳定。

28、优选的，所述步骤s7中水基处理溶液为聚乙二醇。

29、优选的，所述步骤s7中搅拌时间控制在30min-90min，温度控制在25℃-40℃，所述搅拌过程中加入5％-15％柠檬酸钠作为二次交联剂。

30、优选的，所述步骤s7中使用去离子水对碳酸钙粉清洗2-5次进行，并通过真空过滤收集改性后的碳酸钙粉。

31、优选的，所述步骤s8中干燥温度控制在50℃-70℃，干燥时间控制在6h-10h，所述在干燥后进行筛分使粒径控制在5min-10min。

32、本发明提供了环保型碳酸钙粉的表面改性方法。具备以下有益效果：

33、1、本发明通过采用植物源偶联剂和水基处理剂，有效替代了传统改性中常用的有机溶剂偶联剂，减少了挥发性有机化合物的排放，显著降低了生产过程中的环境污染，还符合环保法规和可持续发展的要求，对生态系统的负面影响显著减少。

34、2、本发明通过表面改性，显著改善了碳酸钙粉在水性基质中的分散性。多层改性结构减少了颗粒间的团聚倾向，使其在水性溶液中分布更加均匀。在水性涂料和塑料复合材料应用中，这种改性大大提高了填料的分散效果，减少了分层和沉降现象。

35、3、本发明通过采用植物源偶联剂改性后，碳酸钙粉表面引入了羟基和羧基等亲水性基团，这使得改性后的碳酸钙粉与水性基质具有更好的亲和力。通过接触角测试数据验证，改性后的碳酸钙粉表现出显著的亲水性。

技术特征：

1.环保型碳酸钙粉的表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤；

2.根据权利要求1所述的环保型碳酸钙粉的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括；

3.根据权利要求1所述的环保型碳酸钙粉的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s2中植物源偶联剂为单宁酸。

4.根据权利要求1所述的环保型碳酸钙粉的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s3中搅拌混合温度控制在30℃-50℃，搅拌时间控制在20min-40min。

5.根据权利要求1所述的环保型碳酸钙粉的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s4中干燥温度控制在60℃-70℃，干燥时间控制在5h-7h。

6.根据权利要求1所述的环保型碳酸钙粉的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s5具体包括；

7.根据权利要求1所述的环保型碳酸钙粉的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s7中水基处理溶液为聚乙二醇。

8.根据权利要求1所述的环保型碳酸钙粉的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s7中搅拌时间控制在30min-90min，温度控制在25℃-40℃，所述搅拌过程中加入5％-15％柠檬酸钠作为二次交联剂。

9.根据权利要求1所述的环保型碳酸钙粉的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s7中使用去离子水对碳酸钙粉清洗2-5次进行，并通过真空过滤收集改性后的碳酸钙粉。

10.根据权利要求1所述的环保型碳酸钙粉的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s8中干燥温度控制在50℃-70℃，干燥时间控制在6h-10h，所述在干燥后进行筛分使粒径控制在5min-10min。

技术总结
本发明涉及碳酸钙粉改性技术领域，提供了环保型碳酸钙粉的表面改性方法，包括以下步骤；S1、对碳酸钙粉进行预处理，通过超声波分散和酸性预处理去除杂质并增强表面活性；S2、将植物源偶联剂按1:10的比例与去离子水混合，并加热到30℃‑50℃，将pH调节5.0‑6.0形成偶联溶液；S3、将预处理后的碳酸钙粉按1:1与偶联溶液进行搅拌混合；S4、用去离子水清洗改性碳酸钙粉至洗液无色，去除多余的偶联溶液，将碳酸钙粉放在烘箱中干燥，使单宁酸偶联层稳定附着。通过采用植物源偶联剂和水基处理剂，有效替代了传统改性中常用的有机溶剂偶联剂，减少了挥发性有机化合物的排放，显著降低了生产过程中的环境污染，还符合环保法规和可持续发展的要求，对生态系统的负面影响显著减少。

技术研发人员：李清学
受保护的技术使用者：河南硅九华创新科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/13