本發(fā)明涉及無機填料，具體涉及一種增強bopp薄膜的鈣基粉體材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、雙向拉伸聚丙烯（bopp）薄膜因其優(yōu)異的機械性能、透明性和化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于包裝、印刷和電子等領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)bopp薄膜存在力學(xué)強度不足、熱穩(wěn)定性較差等缺點，限制了其在高端領(lǐng)域的應(yīng)用。為改善性能，常通過添加無機填料（如碳酸鈣）進行增強，但普通碳酸鈣與聚合物基體相容性差，易團聚，導(dǎo)致薄膜力學(xué)性能不均甚至下降。

2、鈣基粉體材料因其成本低、白度高、填充性能好等優(yōu)點，被廣泛用作bopp薄膜的填充劑。然而，傳統(tǒng)的碳酸鈣在bopp薄膜中的分散性較差，容易導(dǎo)致薄膜的機械性能下降，且對薄膜的光學(xué)性能提升有限。為了克服傳統(tǒng)鈣基粉體材料在bopp薄膜中的應(yīng)用局限，研究者們嘗試通過各種改性方法來提高其分散性和與聚合物基體的相容性。例如，通過表面處理、復(fù)合改性等手段，改善鈣基粉體材料的性能，以更好地滿足bopp薄膜的性能需求。

3、改性碳酸鈣是提升bopp薄膜性能的主要手段之一，例如通過表面包覆或偶聯(lián)劑處理改善分散性。但現(xiàn)有技術(shù)中，改性劑多局限于簡單的硅烷或脂肪酸類物質(zhì)，與基體的界面結(jié)合力不足，且難以兼顧增強與功能性。此外，納米填料如石墨烯量子點雖能顯著提升材料性能，但其成本高、分散工藝復(fù)雜，限制了工業(yè)化應(yīng)用。

4、表面改性可以通過化學(xué)或物理方法實現(xiàn)，目的在于改善填料與樹脂之間的界面相互作用，降低界面張力，提高分散性和整體復(fù)合材料的性能。目前使用較多的事偶聯(lián)劑、表面活性劑或其他專用的表面改性劑，以促進碳酸鈣與聚丙烯之間的相容性，從而提高材料的力學(xué)性能和加工性能。

5、因此，開發(fā)一種成本低廉、工藝簡便的鈣基粉體材料，通過協(xié)同改性碳酸鈣與多功能改性劑，在提升bopp薄膜力學(xué)性能的同時增強界面相容性，成為亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種增強bopp薄膜的鈣基粉體材料及其制備方法。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、由于碳酸鈣表面是親水疏油的，而bopp薄膜主要成分之一的樹脂是高分子聚合物，其表面具有親油性，在與pp進行共混時，因表面性能和極性相差較大造成兩相相容性不好，直接用碳酸鈣粉末作為bopp薄膜的填料會導(dǎo)致其性能下降。為了使碳酸鈣在聚合物基體中分散均勻，改善碳酸鈣和聚合物基體之間的相容性，提高碳酸鈣在聚合物中的填充量，改善復(fù)合材料的加工和力學(xué)性能。因此必須采取有效的改性工藝以及改性劑對碳酸鈣進行表面改性，使得無機粉體顆粒通過物理或化學(xué)的作用和bopp薄膜中的樹脂分子結(jié)合，改善甚至提升其材料的物理或化學(xué)性能。

4、一種增強bopp薄膜的鈣基粉體材料的制備方法，包括如下步驟：

5、s1、制備碳酸鈣：將氯化鈣水溶液和調(diào)節(jié)劑混合攪拌，加入碳酸鉀水溶液繼續(xù)攪拌，得到碳酸鈣；

6、s2、阻燃改性劑制備：將dopo、丙烯酸酐加入到四氫呋喃中加熱反應(yīng)，得到dopo接枝物；加入氨基硅烷加熱反應(yīng)，再加入羧基化石墨烯量子點繼續(xù)攪拌，得到阻燃改性劑；

7、s3、產(chǎn)品制備：將乙醇水溶液和上述阻燃改性劑混合攪拌，再加入上述碳酸鈣超聲，加熱攪拌，得到增強bopp薄膜的鈣基粉體材料。

8、反應(yīng)機理：s1以氯化鈣作為鈣源、碳酸鉀作為碳源，加入羧甲基羥乙基纖維素、聚乙二醇作為調(diào)節(jié)劑控制碳酸鈣結(jié)晶過程，通過ca2+與co32-反應(yīng)制備尺寸均一、分散性較好的碳酸鈣，并通過羧甲基羥乙基纖維素在微球表面修飾大量的羧基，得到含有羧基的碳酸鈣；s2以dopo、丙烯酸酐作為反應(yīng)原料，在加熱過程中dopo中的p-h健與丙烯酸酐中的雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)，得到dopo接枝物；dopo接枝物中的酸酐再與n-(3-丙烯酰氧基-2-羥丙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷中的氨基進行取代反應(yīng)，得到阻燃改性劑；s3以阻燃改性劑和碳酸鈣作為反應(yīng)原料，阻燃改性劑中的n-(3-丙烯酰氧基-2-羥丙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷的羥基和碳酸鈣中的羧基可以發(fā)生縮合反應(yīng)，得到含有阻燃性能的碳酸鈣。

9、優(yōu)選的，所述s2中的阻燃改性劑制備方法如下：將dopo、丙烯酸酐加入到四氫呋喃中加熱反應(yīng)，得到dopo接枝物；加入氨基硅烷加熱反應(yīng)，再加入羧基化石墨烯量子點繼續(xù)加熱，得到阻燃改性劑。

10、阻燃改性劑以dopo接枝物為核，表面通過氨基硅烷與羧基化石墨烯量子點共價鍵合，形成有機-無機雜化結(jié)構(gòu)，dopo含磷雜菲結(jié)構(gòu)，在燃燒時分解生成po·自由基，捕獲燃燒鏈式反應(yīng)中的h·和oh·自由基，中斷氣相燃燒反應(yīng)；羧基化石墨烯量子點在高溫下碳化，形成致密石墨烯層，隔絕氧氣和熱量傳遞，進一步提高材料的阻燃性能；氨基硅烷的中的羥基與碳酸鈣表面羧基縮合，而丙烯酰氧基與pp鏈發(fā)生物理纏結(jié)或弱化學(xué)作用，顯著改善填料與pp的界面相容性，減少應(yīng)力集中，羧基化石墨烯量子點的高比表面積和二維結(jié)構(gòu)進一步增加界面相互作用，其分散在pp基體中可形成物理交聯(lián)點，提升材料的沖擊韌性和斷裂伸長率。

11、優(yōu)選的，所述羧基化石墨烯量子點的制備方法如下：將3-8重量份氧化石墨烯和80-150重量份體積比1:3的hno3/h2so4水溶液混合超聲1-3h，得到羧基化石墨烯量子點。

12、優(yōu)選的，所述s1中的氯化鈣水溶液、調(diào)節(jié)劑、碳酸鉀水溶液的重量份比為（100-200）：（2-5）：（150-300）；其中氯化鈣水溶液的濃度為0.1-0.3mol/l，碳酸鉀水溶液的濃度為0.05-0.2mol/l。

13、優(yōu)選的，所述調(diào)節(jié)劑為羧甲基羥乙基纖維素、聚乙二醇中的任一種。

14、優(yōu)選的，所述s2中的dopo、丙烯酸酐、氨基硅烷、四氫呋喃的重量份比為（2-7）：（4-8）：（3-8）：（60-120）。

15、優(yōu)選的，所述加熱反應(yīng)條件為70-90℃反應(yīng)8-16h；所述加熱攪拌條件為70-90℃、100-300rpm下反應(yīng)4-10h。

16、優(yōu)選的，所述氨基硅烷為n-(3-丙烯酰氧基-2-羥丙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、1,3-雙(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷中的任一種；進一步的，所述氨基硅烷為n-(3-丙烯酰氧基-2-羥丙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷。

17、發(fā)明人在制備過程中發(fā)現(xiàn)采用n-(3-丙烯酰氧基-2-羥丙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷比1,3-雙(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷在對提升bopp薄膜的力學(xué)性能和阻燃性能方面更好，其原因是丙烯酰氧基和氨基的存在可以顯著增強碳酸鈣與bopp基體之間的界面結(jié)合力更強，減少界面缺陷，從而提高材料的拉伸強度和模量；氨基與dopo的磷氧鍵形成共價鍵可能比1,3-雙(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷更強更牢固，增強阻燃劑與基體的結(jié)合力，提高阻燃效果，硅氧烷基團的熱穩(wěn)定性可以抑制燃燒過程中的熱分解，減少可燃性氣體的生成，從而提高材料的阻燃性能。

18、優(yōu)選的，所述s3中的阻燃改性劑、碳酸鈣的重量份比為（3-6）：（12-20）；所述加熱攪拌的條件為45-60℃、400-800rpm下攪拌2-5h。

19、一種增強bopp薄膜的鈣基粉體材料，采用上述任一項制備方法得到。

20、本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明提供一種一種增強bopp薄膜的鈣基粉體材料及其制備方法，通過阻燃改性劑的添加，這樣使得具有阻燃性能的聚合物在碳酸鈣粒子表面形成化學(xué)吸附層，增大粒子之間的距離，防止碳酸鈣粒子間粘連團聚，進而改善分散性，這樣能夠改善bopp薄膜的阻燃性，從而提高碳酸鈣的性能。

21、2、本發(fā)明制備的碳酸鈣表面性質(zhì)從親水性到親油性的自由調(diào)控，更為重要的是，該改性碳酸鈣均能顯著提升與bopp基體的相容性，這種改善的相容性對于bopp材料的多項性能均有積極影響，包括增強其斷裂伸長率、拉伸強度，阻燃性能，這些性能的提升，進一步拓寬了碳酸鈣的應(yīng)用范圍，并滿足了高性能應(yīng)用的需求。