手套填料碳酸钙浆液的制备及其应用.docx

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手套填料碳酸钙浆液的制备及其应用

目录

1前言1

2实验部分2

2.1实验原料与仪器2

2.1.1原料2

2.1.2仪器2

2.2填料碳酸钙水性浆液的制备3

2.3水性纳米碳酸钙浆液与天然胶乳和丁腈胶乳的混合3

2.4水性纳米碳酸钙浆液与混合液的粒径测量3

2.5温度对水性纳米碳酸钙沉降和对与胶乳混合相容性的影响探究4

3实验结果与讨论4

3.1单一分散剂对碳酸钙浆液稳定性及与橡胶胶乳相容性的影响4

3.1.1分散剂A的配方及讨论4

3.1.2分散剂B的配方及探讨5

3.1.3分散剂C的配方及探讨5

3.1.4分散剂D的配方讨论6

3.1.5分散剂E的配方与讨论6

3.2两种分散剂对碳酸钙浆液稳定性及与橡胶胶乳相溶性的影响7

3.2.1分散剂B与分散剂C混合使用的配方与讨论7

3.2.2分散剂B与分散剂D混合使用的配方讨论8

3.2.3分散剂B与分散剂E混合使用的配方讨论9

3.3粒径与水性碳酸钙浆液稳定性及与橡胶胶乳相容性的关系讨论9

3.3.1粒径与填料水性碳酸钙浆液稳定性9

3.3.2水性碳酸钙浆液与天然橡胶胶乳混合后混合液与粒径的关系10

3.3.3水性碳酸钙浆液与丁腈橡胶胶乳混合后混合液与粒径的关系11

3.4温度对水性碳酸钙浆液稳定性及与橡胶胶乳混合相容性的影响12

4结论….12

手套填料碳酸钙浆液的制备及其应用

作者：

吴星

摘要：

通过加入不同的分散剂，与轻质碳酸钙混合，并加入胶体磨中研磨，获得稳定的填料碳酸钙水性浆液，将研磨的浆液与天然胶乳和丁腈胶乳按1:

1混合，观察填料碳酸钙水性浆液与胶乳的相容性，研宄了分散剂的种类，用量，碳酸钙浆液的粒径等对填料碳酸钙水性浆液的稳定性，与天然胶乳和丁腈胶乳的相溶性影响，当水为52%，碳酸钙为48%，分散剂B为0.5%，分散剂E为1%时能得到分散稳定性好，与胶乳混合后相容性好的填料碳酸钙水性浆液。

关键词：

分散剂纳米碳酸钙胶乳稳定性

Preparationandapplicationofglovesfillercalciumcarbonateslurry

Author:

WuxingInstructor:

Fengzongcai

（ChemistrySchool,ZhanjiangNormalUniversity,Zhanjiang,524048China）

Abstract:

Byaddingdifferentdispersant,mixiedwithlightcalciumcarbonate,andcolloidinthegrindingtogetthestabilityofthefillercalciumcarbonatewater-basedslurry.Mixedtheabrasiveslurryandnaturalrubberlatexand1:

1nitrilerubberlatex,toobservethefillingcarbonatedcalciumwater-basedslurryandthelatexcompatibility.Meanwhile,weresearchthetypeanddosageofthedispersantandtheparticlesizeofcalciumcarbonateslurrytothestabilityofcalciumcarbonateaqueousslurryandtheinfluenceofcompatibilitytothenaturalrubberlatexandnitrilerubberlatex.Itcangetagooddispersionstability,goodcompatibilitycarbonatedcalciumwater-basedslurrymixedwithlatex,whenthewateris52%,calciumcarbonateis48%,dispersantBis0.5%anddispersantEis1%.

Keywords:

dispersant;nanocalciumcarbonate;latex;stability

1前言

纳米碳酸钙是一种性能优良的新型功能性材料，它不仅能填充增容，还能降低生产成本，经过表面改性处理后的纳米碳酸钙与橡胶有很好的相容性，具有补强、填充、调色、改善加工工艺和制品的性能，纳米碳酸钙是橡胶工业中一种常用的无机填料[1~4]。

由于粒度小、表面能高并且呈亲水性,所以纳米碳酸钙本身易团聚,在高分子基质中难均匀分散,与基质结合力较弱,在基质和填料间存在一定的界面缺陷。

对纳米碳酸钙进行表面改性,可降低其表面能、提高在橡胶相的分散程度、改善碳酸钙与橡胶之间的相互作用,从而达到补强效果[3]。

橡胶工业是纳米碳酸钙的主要应用市场之一。

添加钠米碳酸钙的橡胶，其硫化胶升长率、撕断性能、压缩变形和耐屈性能，都比添加一般碳酸钙的高。

诸多研究表明,当材料粒径达到纳米级时,其物理化学性能将发生飞跃性变化,其与其它材料微观之间的结合情况也会发生改变,从而引起宏观性能的变化【5~8】

在发达国家，纳米碳酸钙已在中高档橡胶制品中得到普遍使用，在日本，占纳米碳酸钙市场销量的46.6%。

我国年耗橡胶量将近300万吨，仅次于美国，居世界第二位，碳酸钙年耗用量在20万吨左右，近年来，国内外纳米级碳酸钙的填料在胶乳中的应用方法得到了很好的掌握和普及，在发达国家纳米碳酸钙已经熟练运用到高档橡塑制品中，目前，该领域已经成为国内外研究的热点。

因此碳酸钙的改性方法变得多样化，比如有有机酸及其盐包覆改性，偶联剂改性，聚合物改性，有机酸（盐）/偶联剂复合处理，表面辐照改性，等离子体表面改性，无机物改性。

[9]本文实验主要是加入一种或几种分散助剂来对碳酸钙进行改性，使得改性后的水性纳米碳酸钙浆液拥有较好的稳定性，并且水性纳米碳酸钙浆液与胶乳混合具有良好的相容性。

2实验部分

2.1实验原料与仪器

2.1.1原料

分散剂A，国外进口；分散剂B，国外进口；分散剂C，国外进口；分散剂D，国外进口；分散剂E，国外进口；轻质碳酸钙，江西景盛碳酸钙有限公司。

2.1.2仪器

JB-300-D型强力搅拌机，上海标本模型厂；JM-3胶体研磨机，通顺胶体磨厂；N5型粒度仪，美国贝克曼库尔特公司；JFL型刮板细度计，天津金孚伦科技有限公司；YXJ-2型高速离心机，成都名驰仪器有限责任公司；HC-TP11-5型架盘天平，上海上天精密仪器有限公司；JT202N型电子天平，上海精天电子仪器有限公司；8XB-PC型正置透反金相显微镜，上海永享光学仪器制造有限公司。

2.2填料碳酸钙水性浆液的制备

设定一个合适的比例（碳酸钙质量和水的质量的比例），在大烧杯中加入适当的水（对于不同的分散剂来说，由于粘度不一样，所以轻质碳酸钙和水的比例是不一样的，我们可以根据多次实验找出一个最好的比例），根据分散剂的用量范围，称取一定质量的分散剂（一种分散剂或者两种混合的分散剂）溶于大烧杯中，搅拌使分散剂溶解混合均匀，然后称取一定质量的轻质碳酸钙（总量减去水的质量）并加入到烧杯中，搅拌使其混合均匀，把混合好的溶液加入到胶膜机中研磨大约30min，大约研磨30min后，取少量的研磨浆液滴到刮板细度计上，测量其细度，如果细度在2um以内那么研磨液已经到达要求，如果细度大于2um那么表面细度不够，应该增加研磨时间。

取出研磨浆液，静置10min左右，观察其是否发生沉降，若10min后没有发生沉降，取少量研磨浆液进行离心，设置离心机转速为2000r/min，分别离心3min和5min，离心完毕后取出用玻璃棒搅拌，看看是否能搅动，如果能搅动说明没有发生沉降，如果底部的的浆液无法搅动则发生了沉降。

2.3水性纳米碳酸钙浆液与天然胶乳和丁腈胶乳的混合

在水性纳米碳酸钙浆液与橡胶胶乳混合之前，我们应该明确的知道，不是所有的浆液都有混合的价值，在制备填料碳酸钙浆液的过程中，由于某些分散剂分散效果较差，导致从研磨机取出了静置几分钟后（或几天）就会发生了严重的沉降，还有些离心3min后就沉降的，对于这些沉降严重的浆液，一般不进行与胶乳的混合实验。

通常选用离心3min或者放置几星期后未发生沉降的填料碳酸钙水性浆液来与胶乳混合，把水性纳米碳酸钙浆液与天然胶乳或丁腈胶乳按1：

1进行混合，混合后搅拌均匀，观察是否凝胶，如未发生凝胶我们将混合液放置一段时间（几个星期）再观察是否凝胶，如果没有发生凝胶，初步说明该填料碳酸钙浆液可加入天然胶乳中作为填料。

我们混合的目的是检验填料碳酸钙水性浆液，是否能均匀的分散在胶乳中并与胶乳有良好相容性，而不发生凝胶。

2.4水性纳米碳酸钙浆液与混合液的粒径测量

在实验过程中我们对水性纳米碳酸钙浆液进行粒径表征，测量水性纳米碳酸钙浆液在混合前的粒径和与胶乳混合后的粒径，通过混合前后粒径的大小来判断其与胶乳混合后的凝胶情况。

测量粒径我们用到的仪器主要是粒度仪，水性纳米碳酸钙浆液与胶乳混合后粒径的测量，橡胶胶乳粒径的测量和水性纳米碳酸钙浆液粒径的测量是类似的，在干净的石英比色皿中加入蒸馏水，用一次性滴管取少量的待测液加入到蒸馏水中，放入粒度仪中测量，平行测定2次，求出平均值即为所测的粒径。

2.5温度对水性纳米碳酸钙沉降和对与胶乳混合相容性的影响探究

在生产过程中，填料碳酸钙水性浆液的沉降和胶乳混合后的凝胶情况可能会受环境温度的影响，这样也会影响到我们产品的质量，所以在实验中我们应该探讨温度对水性碳酸钙沉降和胶乳混合后是否凝胶的影响，探讨当温度改变时，会发生什么变化。

取适量的水性碳酸钙浆液或与胶乳的混合液加入大试管中，放入已经调好温度的油浴中加热，一开始设置温度为30℃先加热3个小时，3小时候取出试管看浆液是否发生沉降或凝胶，如没有沉降或凝胶我们增加加热时间为7小时，7小时候如果还没沉降或凝胶此时我们升高温度按同样的方法对其进行探讨，如果温度加到90℃左右还未发生沉降或凝胶，说明该区域中的温度对其沉降或凝胶无影响。

3实验结果与讨论

3.1单一分散剂对碳酸钙浆液稳定性及与橡胶胶乳相容性的影响

3.1.1分散剂A的配方及讨论

表一：

分散剂A对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响

配方12

CaCO3（%）5555

H2O（%）4545

分散剂A（%）11.5

重力沉降几分钟后沉降几分钟后沉降

离心3min沉降沉降

离心5min沉降沉降

表一是分散剂A对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响，分散剂A的用量范围为总量1%—1.5%，是一种液体分散剂，从表一中可以的知到A分散剂他的分散效果还是不错的，他可以把55%碳酸钙很好的分散到45%水中，可是当我们把混合好的溶液研磨出来后，静置几分钟后就发生了严重的沉降，在2000r/min转速离心3分钟就难以搅动，我们可以得出结果分散剂A可以把碳酸钙分散到水中，但是他不能把碳酸钙均匀稳定的分散到水中，而且处于一种不稳定的状态，他不能改善纳米碳酸钙浆液的表面活性，没有达到实验的目的。

3.1.2分散剂B的配方及探讨

表二是分散剂B对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响，分散剂B常温下为液状，其用量范围为总量的1%—2.5%，从表中的数据我们可以得出，加入分散剂B的浆液感觉很稀，粘度很小，研磨出来的浆液在静置几分钟后也会发生严重的沉降，离心3min就发生沉降，难以搅动，他不能把碳酸钙均匀稳定的分散到水中，而且保持一种平稳的状态，他不能改善填料纳米碳酸钙浆液的表面活性，没有达到实验的目的。

对于静置几分钟发生严重沉降的碳酸钙研磨浆液，一般不与胶乳混合。

表二：

分散剂B对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响

配方1234

CaCO3（%）55555555

H2O（%）45454545

分散剂B（%）11.522.5

重力沉降几分钟后沉降几分钟后沉降几分钟后沉降几分钟后沉降

离心3min沉降沉降沉降沉降

离心5min沉降沉降沉降沉降

3.1.3分散剂C的配方及探讨

表三：

分散剂C对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响

配方1234

CaCO3（%）47474747

H2O（%）53535353

分散剂C（%）0.30.50.81

重力沉降无沉降无沉降无沉降无沉降

离心3min可以搅动可以搅动可以搅动可以搅动

离心5min可以搅动可以搅动可以搅动可以搅动

与天然胶乳1:

1混合发生凝胶发生凝胶发生凝胶几小时后凝胶

与丁腈胶乳1:

1混合发生凝胶发生凝胶发生凝胶几小时后凝胶

表三是分散剂C对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响，分散剂C是一种固体状（常温下）的分散剂，C的用量范围为总量的0.1%—1%，用量较少。

根据表三中的实验数据分析，分散剂C溶于水后的粘度相对大于A和B，所以他对于水的用量有所增加，不同的是分散剂C能将碳酸钙均匀的分散在浆液中，但稳定性也不好，从表中可以得出，不同的配方，虽然静置几分钟和离心3分钟5分钟都可以搅动浆液，但是当把填料碳酸钙浆液与天然胶乳和丁腈胶乳混合时配方1配方2配方3在混合后几分钟就发生了凝胶，配方4在混合后几十分钟也发生了凝胶，和胶乳的相容性差，凝胶后的浆液无法用于模具生产，所以分散剂C没能改性碳酸钙。

3.1.4分散剂D的配方讨论

表四：

分散剂D对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响

配方12

CaCO3（%）4444

H2O（%）5656

分散剂D（%）45

重力沉降久置无沉降久置无沉降

离心3min无沉降无沉降

离心5min无沉降无沉降

与天然胶乳1:

1混合几小时后凝胶几小时后凝胶

与丁腈胶乳1:

1混合几小时后凝胶几小时后凝胶

表四是分散剂D对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响，分散剂D是一种固体状的分散剂，D的用量为总量的4%—5%，用量较高，从表格中可以看出，他溶于水后的粘度是比较大的，水的用量增加，但是从表中可以看出，分散剂D在对碳酸钙进行改性时，我们将浆液放置一个月左右再来观察发现浆液并没有发生沉降，离心3分钟5分钟时都没有发生沉降，这说明经过D改性后的碳酸钙处于稳定状态。

改性后的浆液在与天然胶乳和丁腈胶乳按一比一混合时，不能很好的相容，发生了凝胶，分散剂D改性失败。

3.1.5分散剂E的配方与讨论

表五是分散剂E对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响，分散剂E是一种粉末状的分散剂，其用量范围为总量的0.1%—1%，用量小。

分散剂E溶于水后溶液粘度非常的大，溶液还带有粘稠状，所用水量为60%，比其他的分散剂都还要高，由上表可知，用分散剂E改性后的填料碳酸钙水性浆液久置也没有发生沉降，成功避免了沉降，使得碳酸钙均匀分散到浆液中，且处于稳定状态，但是其不足之处还是在于与天然胶乳和丁腈胶乳混合后都发生了凝胶，与胶乳相容性差，所以由分散剂E改性的水性纳米碳酸钙浆液也是不可以用做填充料的。

表五：

分散剂E对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响

配方1234

CaCO3（%）40404040

H2O（%）60606060

分散剂E（%）0.30.50.81

重力沉降久置无沉降久置无沉降久置无沉降久置无沉降

离心3min无沉降无沉降无沉降无沉降

离心5min无沉降无沉降无沉降无沉降

与天然胶乳1:

1混合发生凝胶发生凝胶发生凝胶发生凝胶

与丁腈胶乳1:

1混合发生凝胶发生凝胶发生凝胶发生凝胶

3.2两种分散剂对碳酸钙浆液稳定性及与橡胶胶乳相溶性的影响

在用一种分散剂对水性碳酸钙进行改性时，各种分散剂都出现了不同的问题，都没能达到实验的目的，分散剂A和分散剂B主要是发生了严重的沉降，但是他们的特点是分散性很强，粘度小，而分散剂C，分散剂D和分散剂E解决了沉降的问题，但是和胶乳混合的时候相容性差都发生了不同程度的凝胶，这些粉末状的分散剂溶于水后都有一定的粘度，所以考虑了这一点，我们在分散剂A和分散剂B中选出一种来与这些粉末状的分散剂混合使用来对碳酸钙进行改性，最后对性能，用量的综合考虑我们选择了分散剂B来与分散剂C，分散剂D和分散剂E混合使用。

3.2.1分散剂B与分散剂C混合使用的配方与讨论

表六是分散剂B与分散剂C对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响，从表六我们可以得出分散剂B与分散剂C混合使用的配方很大的一个特点就是加入分散剂B后水的用量减少了，说明分散剂C的粘度减小了，久置的填料碳酸钙水性浆液都不同程度的发生了沉降，而其把水性碳酸钙浆液与天然胶如和丁腈胶乳按1：

1混合时，都发生了凝胶，与胶乳混合相容性差，虽然加入分散剂B后分散剂C的粘度降低了，沉降也有所改善，但是仍然没有克服凝胶这一问题，所以分散剂B与分散剂C混合使用也不能使水性碳酸钙浆液的改性完善。

表六：

分散剂B与分散剂C对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响

配方12

CaCO3（%）5555

H2O（%）4545

分散剂B（%）0.50.5

分散剂C（%）0.51

重力沉降少量沉降无沉降

离心3min可搅以动可搅以动

离心5min难以搅动难以搅动

与天然胶乳1:

1混合发生凝胶发生凝胶

与丁腈胶乳1:

1混合发生凝胶发生凝胶

3.2.2分散剂B与分散剂D混合使用的配方讨论

表七：

分散剂B与分散剂D对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响

配方1234

CaCO3（%）50505050

H2O（%）50505050

分散剂B（%）0.50.50.51

分散剂D（%）3455

重力沉降无沉降无沉降无沉降无沉降

离心3min可以搅动可以搅动可以搅动可以搅动

离心5min可以搅动可以搅动可以搅动可以搅动

与天然胶乳1:

1混合发生凝胶发生凝胶发生凝胶发生凝胶

与丁腈胶乳1:

1混合发生凝胶发生凝胶发生凝胶发生凝胶

表七是分散剂B与分散剂D对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响，根据表中的数据可知分散剂B与分散剂D混合使用的配方，粘度比分散剂D单独时的要小，水的用量也相对减少了，填料碳酸钙水性浆液也没有发生沉降，不管是久置还是高速离心都没有发生沉降，处于稳定状态，可是关键失败之处还是在于当把填料纳米碳酸钙水性浆液与胶乳1：

:

1混合后都发生了凝胶，不能很好的与胶乳相容，虽然加入分散剂B改善了粘度，但是还是没能完成对碳酸钙的改性。

3.2.3分散剂B与分散剂E混合使用的配方讨论

表八是分散剂B与分散剂E对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响，从其中可以看出这一系列的配方和单独的分散剂E比起来粘度下降了，这个是分散剂C分散剂D和分散剂E加入LF—8658一个共同的现象，但是我们还可以得出当增加分散剂E的用量时，粘度还是有所增加的，从表中我们可以得出分散剂B与分散剂E系列混合使用来改性水性碳酸钙浆液都很好的克服了沉降这一问题，沉降得到了防止，并且处于稳定的状态，但是在分散剂B与分散剂E混合改性后的填料纳米碳酸钙浆液与天然胶乳和丁腈胶乳按照1:

1混合的时候配方一配方二都发生了凝胶，然而配方三（水52%，碳酸钙48%，分散剂B0.5%分散剂E1%）没有发什么凝胶，他改性后的浆液与胶乳相容性好，有良好的流动性，我们把混合液放置一个月，不管是与天若胶乳混合还是与丁腈胶乳混合仍然有很好的流动性，这无疑达到了我们的实验目的，防沉降且防止凝胶。

表八：

分散剂B与分散剂E对填料纳米碳酸钙浆液稳定性和与胶乳相溶性的影响

配方123

CaCO3（%）505048

H2O（%）505052

分散剂B（%）0.50.50.5

分散剂E（%）0.50.81

重力沉降久置无沉降久置无沉降久置无沉降

离心3min可以搅动可以搅动可以搅动

离心5min可以搅动可以搅动可以搅动

与天然胶乳1:

1混合凝胶凝胶无凝胶

与丁腈胶乳1:

1混合凝胶凝胶无凝胶

3.3粒径与水性碳酸钙浆液稳定性及与橡胶胶乳相容性的关系讨论

3.3.1粒径与填料水性碳酸钙浆液稳定性

表九：

分散剂B与分散剂E混合系列改性后碳酸钙浆液的粒径

项目配方一配方二配方三

粒径（nm）189.9176.0144.5

表九是分散剂B与分散剂E混合系列改性后填料纳米碳酸钙水性浆液的粒径，分散剂B与分散剂E混合系列的配方中分散剂B的用量都是0.5%，改变的只有分散剂E的用量，从表中我们可以看出配方一配方二配方三所改性的浆液的粒径都在150左右，都很接近处，而且我们还测得天然胶乳的粒径为171.5，丁腈胶乳的的粒径为56.7虽然相差上百，但是其单位是纳米，所以我们可以近似的认为研磨液和胶乳的粒径是很接近的。

图一和图二是一组对照图，图一是按水52%，碳酸钙48%，分散剂B0.5%，分散剂E1%改性后的水性碳酸钙浆液的光学显微镜图片，图二是没有加分散剂改性的水性碳酸钙浆液的光学显微镜图片，从图一中我们可以看出经过改性后的水性碳酸钙浆液中碳酸钙分散性较好，碳酸钙颗粒都是独立存在的，而从图二我们可以看出未经过改性的水性碳酸钙浆液中碳酸钙颗粒是聚集在一起的，分散效果差，呈现大区域的团聚。

图一：

改性的水性碳酸钙浆液图二：

未改性的水性碳酸钙浆液

3.3.2水性碳酸钙浆液与天然橡胶胶乳混合后混合液与粒径的关系

图三：

按水52%碳酸钙48%分散剂B0.5%分散剂E1%改性的碳酸钙浆液的粒径测定图

利用粒度仪测得最佳配方（水52%，碳酸钙48%，分散剂B0.5%分散剂E1%）改性后填料纳米碳酸钙水性浆液的粒径图如图三，可知为144.5nm

表十：

按水52%碳酸钙48%分散剂B0.5%分散剂E1%改性的碳酸钙浆液与天然胶乳混合后的粒径

浆液比例10%20%30%40%50%

与天然胶乳混合的粒径（nm）159.984.637.2114.678.4

表十是按水52%碳酸钙48%分散剂B0.5%分散剂E1%改性后的填料纳米碳酸钙水性浆液与天然胶乳按不同比例混合后的粒径，根据测量我们得知天然胶乳的粒径为171.5nm，从图可以看得出混合液的粒径大小和加入的填料纳米碳酸钙浆液的量呈现一种无规律的变化，而且很接近天然胶乳粒径的大小，并不是加入的碳酸钙浆液愈多粒径就愈大，而是呈现一种无规律的变化，这说明混合液的粒