一种碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及本发明专利技术涉及碳酸钙复合材料制备技术领域，具体公开一种碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法及其应用。所述制备方法至少包括以下步骤：将Ca(OH)2乳液加入到反应釜中，在搅拌条件下通入CO2气体进行碳化反应，当反应体系的pH值为6.8‑7.2时，向反应釜中加入二氧化钛，继续通入CO2气体，当反应体系的pH值为6.5‑6.6，反应结束得到碳酸钙/二氧化钛复合材料。采用干法对碳酸钙/二氧化钛复合材料进行改性。将上述材料应用于聚乙烯中，添加碳酸钙/二氧化钛复合材料，拉伸强度提高22％以上，杀菌率提高90.2％；添加改性碳酸钙/二氧化钛复合材料，拉伸强度提高34％以上，杀菌率提高94.1％。

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法及其应用
本专利技术涉及碳酸钙复合材料制备
，尤其涉及一种碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法及其应用。
技术介绍
随着人们生活水平的提高，新鲜果蔬的产销量迅速上升，对新鲜果蔬的保鲜提出了更高的要求。利用保鲜膜进行保鲜的方法因具有成本低、适用面广、效果明显等优点，已成为目前果蔬保鲜领域的研究热点。但市场上现有保鲜膜的透气性能、透湿性能和抗菌性能很少能满足果蔬的特殊要求，因此，研制适合果蔬呼吸特性的新型保鲜膜是关键。而碳酸钙粉体作为填充改性材料广泛应用于塑料、橡胶和涂料等行业，既可提高复合材料的刚性、硬度、耐磨性、耐热性和制品的尺寸稳定性等，又能降低制品的成本。由于碳酸钙原料来源广泛、价格低廉且无毒性，所以它是高聚物复合材料中用量最大的无机填料。但是碳酸钙不具备抗菌性，而二氧化钛具有无毒、白度高、抗菌、防紫外线等特性，因此，碳酸钙/二氧化钛复合材料作为填充材料，应用于果蔬保鲜膜上相信一定会产生良好的经济效益和社会效益。但是二氧化钛与碳酸钙具有较大的比表面积和较高的表面自由能，极易发生团聚，且与聚乙烯等材料共混时很难均匀分散，且与聚乙烯的相容性差，从而导致共混后聚乙烯的强度得不到提高。
技术实现思路
针对现有碳酸钙/二氧化钛复合材料极易团聚，且与聚乙烯材料共混时难以分散均匀的问题，本专利技术提供一种碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法。以及，一种改性碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法。以及，一种碳酸钙/二氧化钛复合材料或改性碳酸钙/二氧化钛复合材料在塑料中的应用。为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：一种碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：步骤a、将氧化钙与水进行消化反应，反应结束后调整浓度，得到质量浓度为10-12％的Ca(OH)2乳液；步骤b、将Ca(OH)2乳液加入到反应釜中，升温至34-36℃，在搅拌条件下通入CO2气体进行碳化反应，当反应体系的pH值为6.8-7.2时，向反应釜中加入二氧化钛，继续通入CO2气体，当反应体系的pH值为6.5-6.6，反应结束，陈化，得到碳酸钙/二氧化钛浆料；步骤c、将碳酸钙/二氧化钛浆料过滤、洗涤、干燥、研磨得到所述碳酸钙/二氧化钛复合材料。相对于现有技术，本专利技术提供的碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法，具有以下优势：(1)碳酸钙/二氧化钛复合材料的白度可达到96％以上；(2)选择质量浓度为10-12％的Ca(OH)2乳液进行碳化反应，当Ca(OH)2乳液超过12％后，反应体系的稠度和粘度均大大增加，体系的流体力学性质产生了质的改变，CO2气体不能形成均匀一致的小气泡，气泡数目明显变少，体积变大，气液接触界面显著下降，同时由于体系粘度的增加，CO2、OH-、CO32-、Ca2+等在液相中的传递速率明显下降，液相主体不能混合均匀，传质阻力主要存在于液膜中，而且相当部分存在于液相主体中，导致反应速率明显减慢，反应时间大大增加；由于碳化反应时间延长，晶核生长时间增加，而且由于其体系粘度明显增大，碳化过程之中出现凝胶化现象较严重，而且持续时间长阻碍了晶核粒子的运动，为粒子的凝聚提供了条件，从而使产物粒子变大；此外，Ca(OH)2浓度高，在反应过程中的粒子碰撞加剧，这也会影响新生成的碳酸钙晶体的稳定性，也使得碳酸钙/二氧化钛复合材料的晶粒较大。(3)随着碳化反应的进行，溶液中碳酸钙过饱和度不断增加，最后形成晶核，并生长成为晶体颗粒。碳化法生成的碳酸钙，其晶体颗粒的大小与成核速度及晶体生长速度都有极大的关系。选择34-36℃的温度条件，是由于温度超过36℃后，Ca(OH)2的溶解度随着温度的升高明显下降，溶液中Ca2+的浓度也随之下降，单位时间内形成的晶核数量较低温时为少，而在相对较少的晶核上生长，最终产物的粒径则变大，同时反应CO2+H2O＝H2CO3是放热反应，较高温度不利于CO32-的形成，溶液中CO32-的浓度低，同样会导致最终产物粒径变大。具体地，优选地，步骤b中，将二氧化钛与CO2气体同时通过反应釜底部的通气孔进入反应釜。二氧化钛通过CO2气流进入反应釜，使得二氧化钛在反应体系中分散更加均匀。优选地，步骤b中，所述二氧化钛加入量为：氧化钙干基的质量的28-55％。优选地，步骤a中，将氧化钙与55-65℃的水进行消化反应，反应结束后在75-85℃条件下陈化22-26h，得到消化浆，调整消化浆的浓度得到Ca(OH)2乳液。选择上述消化条件，从两个方面进行考虑：在热力学上，氧化钙消化是一个放热反应，因此温度升高，会使反应平衡向左移动，反应的推动力减小，从而降低反应速度。从动力学的角度来看，温度越高，氧化钙消化的反应速度常数越大，进而提高消化反应速度。随着反应速度的增加，氢氧化钙结晶时晶核的形成速度大于晶体的成长速度，因此氧化钙消化反应得到的石灰乳的粒子较为细腻。并且反应速度加快使得消化反应的放热加快，水温迅速升高到100℃，从而使水汽化，将生石灰胀开，可以得到粒度细、分散性好的石灰乳，并能提高石灰乳的产率。另外，高温消化得到的较为细腻、分散性好的Ca(OH)2乳液，从而在碳化过程中能增加氢氧化钙的溶解速度，从而提高碳化反应的速度，制备出高比表面积、粒度较小的碳酸钙/二氧化钛复合材料。优选地，步骤b中，所述CO2气体的通入量为16-20L/h·LCa(OH)2乳液。在CO2气体通入量低于16-20L/h·LCa(OH)2乳液时，气体流量较小，Ca(OH)2乳液中的气含量较小，单位体积悬浮液的接触面积也较小，宏观上CO2的传递速率不高碳化反应到达终点所需的时间较长。当CO2气体流量增加时，必导致气含量和气液接触面积的增加，CO2由气相到液相的传递速率加快，宏观上就表现为反应到达终点所需的时间下降得很快。但当气量增加到一定值时，气液相接触面积基本不变，再增加气体流量，气体的搅动只能使气膜阻力稍有下降。因此，反应到达终点所需的时间基本不变。因此选择上述条件。优选地，步骤b中搅拌速度为300-500rpm。优选地，步骤b中陈化时间为15-25min。在反应结束停止通CO2后，碳酸钙/二氧化钛的晶形成长成稳定具有一定形状的晶形。优选地，所述步骤c中干燥条件为：温度110-130℃，时间3-4h。进一步地，本专利技术还提供一种改性碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法，至少包括以下步骤：在600-800rpm的转速下，在70-100℃条件下，将铝酸酯以喷雾形式加入到上述制备方法得到的碳酸钙/二氧化钛复合材料中进行改性，改性结束后，研磨得到改性碳酸钙/二氧化钛复合材料。相对于现有技术，本专利技术提供的改性碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法具有以下优势：(1)采用干法改性不再需要脱水、干燥和粉碎等工艺，处理成本低，适用于工业化生产。(2)相对于碳酸钙/二氧化钛复合材料，改性后，本专利技术提供的改性碳酸钙/二氧化钛复合材料杀菌率提高12％以上，拉伸强度提高5％以上。(3)改性温度的选择主要考虑以下两个方面：改性剂在碳酸钙/二氧化钛复合粒子表面的吸附为放热反应，温度升高使吸附平衡向反方向移动。但是，根据化学反应动力学，反应温度的增加又有利于吸附速率的加快。在较低的温度范围内，吸附速率大于解吸速率，吸附量随着温度的升高而增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法至少包括以下步骤：步骤a、将氧化钙与水进行消化反应，反应结束后调整浓度，得到质量浓度为10‑12％的Ca(OH)2乳液；步骤b、将Ca(OH)2乳液加入到反应釜中，升温至34‑36℃，在搅拌条件下通入CO2气体进行碳化反应，当反应体系的pH值为6.8‑7.2时，向反应釜中加入二氧化钛，继续通入CO2气体，当反应体系的pH值为6.5‑6.6，反应结束，陈化，得到碳酸钙/二氧化钛浆料；步骤c、将碳酸钙/二氧化钛浆料过滤、洗涤、干燥、研磨得到所述碳酸钙/二氧化钛复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法至少包括以下步骤：步骤a、将氧化钙与水进行消化反应，反应结束后调整浓度，得到质量浓度为10-12％的Ca(OH)2乳液；步骤b、将Ca(OH)2乳液加入到反应釜中，升温至34-36℃，在搅拌条件下通入CO2气体进行碳化反应，当反应体系的pH值为6.8-7.2时，向反应釜中加入二氧化钛，继续通入CO2气体，当反应体系的pH值为6.5-6.6，反应结束，陈化，得到碳酸钙/二氧化钛浆料；步骤c、将碳酸钙/二氧化钛浆料过滤、洗涤、干燥、研磨得到所述碳酸钙/二氧化钛复合材料。2.如权利要求1所述的碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于：步骤b中，将二氧化钛与CO2气体同时通过反应釜底部的通气孔进入反应釜；和/或步骤b中，所述二氧化钛加入量为：氧化钙干基的质量的28-55％。3.如权利要求1所述的碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于：步骤a中，将氧化钙与55-65℃的水进行消化反应，反应结束后在75-85℃条件下陈化22-26h，得到消化浆，调整消化浆的浓度得到Ca(OH)2乳液。4.如权利要求1所述的碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述CO2气体的通入量为16-20L/h·LCa(OH)2乳液。5.如权利要求1所述的碳酸钙/二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于：步骤b中，搅拌速...

【专利技术属性】
技术研发人员：王培芬，许会成，赵宙，许坤，张马利，韩晓岩，董利刚，
申请(专利权)人：河北化工医药职业技术学院，河北立信化工有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13