一種碳酸氫鈉及其制備方法和碳酸氫鈉在發(fā)泡材料中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無機(jī)化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種碳酸氫鈉及其制備方法和碳酸氫鈉 在發(fā)泡材料中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳酸氫鈉(NaH⑶3)俗稱小蘇打，它是一種較重要的無機(jī)化工產(chǎn)品，廣泛地應(yīng)用于 輕工、醫(yī)藥、紡織和精細(xì)化工等領(lǐng)域。由于市場(chǎng)的競(jìng)爭，有些應(yīng)用對(duì)NaHCO 3品質(zhì)的要求越來 越高，例如高分子發(fā)泡材料領(lǐng)域。NaHCO3作為一種無機(jī)型發(fā)泡劑，具有無毒、分解時(shí)吸熱、產(chǎn) 物CO 2在聚合物中易溶解擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)。因此，在發(fā)泡劑領(lǐng)域，尤其是需要注意安全的領(lǐng)域(如 需要與食品或人體接觸），NaHCO 3發(fā)揮著重要的作用。
[0003] 目前，國內(nèi)外普遍采用碳酸鈉(Na2⑶3)和⑶2反應(yīng)制取NaHCO3,分為氣-固相法和 氣-液相法。NaHCO 3在結(jié)晶時(shí)，由于晶體可以非?？焖俚厣L，因此容易產(chǎn)生大顆粒產(chǎn)品，盡 管對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)械法細(xì)化，絕大部分粒徑仍只能達(dá)到60~100目。使用大粒徑的NaHCO 3作為 發(fā)泡劑，只能獲得大孔徑的發(fā)泡材料。眾所周知，泡孔越大，發(fā)泡材料力學(xué)等方面的性能均 越差。而微孔發(fā)泡材料，由于微孔的尺寸比聚合物材料內(nèi)部的缺陷尺寸要小，因此發(fā)泡后雖 然密度下降了，但力學(xué)性能下降很少，甚至有些指標(biāo)(如沖擊強(qiáng)度)會(huì)大幅提高，而且會(huì)大幅 度降低聚合物的導(dǎo)熱系數(shù)，提高發(fā)泡材料的保溫隔熱隔音效果，這些特性均有極高的應(yīng)用 價(jià)值。
[0004] 要制備微孔發(fā)泡材料，需要粒徑小的發(fā)泡劑。但獲得粒徑小的NaHCO3并非易事。近 年來，專門對(duì)NaHCO 3粒度細(xì)化方面的研究報(bào)道較少。李懋強(qiáng)利用溶液噴霧蒸發(fā)工藝制備了 NaHCO3粉料，所制出的粉料粒度小、呈球形，粉料直徑分布在0.8~20μπι之間，其中小于1 Ομπι 的顆粒占92%。張玉倩采用了直接冷凍、真空蒸發(fā)冷凍和噴霧冷凍三種冷凍干燥法制備了 超細(xì)NaHCO3，其中以噴霧冷凍效果最好，粉料粒度為2.26μπι。雖然采用上述方法可以制備出 粒徑小的NaHCO 3粒子，但其粒徑仍為微米級(jí)別。因此，如何提供一種尺寸更小的NaHCO3粒子 成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種碳酸氫鈉及其制備方法以及碳酸氫鈉在發(fā)泡材料中 的應(yīng)用。本發(fā)明通過氣泡液膜法制備出小粒徑碳酸氫鈉，方法簡便，成本低。本發(fā)明提供的 碳酸氫鈉尺寸為納米級(jí)別，與市售碳酸氫鈉相比，尺寸更小，分解溫度更低。
[0006] 本發(fā)明提供了一種碳酸氫鈉的制備方法，包括以下步驟：
[0007] (1)將NaHCO3與水、納米SiO2和增稠劑混合得到混合溶液；
[0008] (2)將所述步驟(1)得到的混合溶液與發(fā)泡劑混合，得到氣泡液膜；
[0009] (3)將步驟(2)得到的氣泡液膜干燥，得到碳酸氫鈉。
[0010] 優(yōu)選的，所述步驟⑴中水的體積與NaHCO3和納米Si〇2的質(zhì)量比為：IOOmL: (8~12) g:(8~14)g〇
[0011]優(yōu)選的，所述步驟(1)中增稠劑與水的體積比為I: (10~50)。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟(2)中發(fā)泡劑與水的體積比為(3~6) :50。
[0013] 優(yōu)選的，所述納米Si〇2的粒徑為10~100nm。
[0014]優(yōu)選的，所述增稠劑為水性增稠劑。
[0015] 優(yōu)選的，所述發(fā)泡劑為表面活性劑類發(fā)泡劑。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟(3)中的干燥溫度為45~55°C，干燥時(shí)間為10~14h。
[0017]本發(fā)明還提供了按照一種上述制備方法制備的碳酸氫鈉，所述碳酸氫鈉尺寸為納 米級(jí)別。
[0018] 優(yōu)選的，所述碳酸氫鈉呈片狀結(jié)構(gòu)，尺寸為:長200~400nm，寬60~lOOnm。
[0019]優(yōu)選的，所述碳酸氫鈉中還含有納米Si02。
[0020] 本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述的或按照上述制備方法制備的碳酸氫鈉 在發(fā)泡材料中的應(yīng)用。
[0021] 本發(fā)明提供了一種氣泡液膜界面法制備NaHCO3的方法。本發(fā)明通過在NaHCO3溶液 中加入發(fā)泡劑，攪拌后產(chǎn)生大量的氣泡液膜，NaHCO 3在液膜界面上結(jié)晶，由于液膜很薄，并 且液膜內(nèi)也有很多更小的氣泡存在，它們能阻礙NaHCO3晶體的生長，達(dá)到了減小NaHCO 3粒度 的目的，方法簡單，操作方便。
[0022]本發(fā)明還提供了一種上述制備方法制備的NaHC03。本發(fā)明提供的NaHCO3尺寸為納 米級(jí)別，呈片狀結(jié)構(gòu)，尺寸為:長200~400nm，寬60~IOOnm，分解溫度大大低于市售NaHCO3 〇 [0023]本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述或上述制備方法制備的NaHCO3在發(fā)泡材 料中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的NaHCO 3尺寸為納米級(jí)別，可用于制備性能優(yōu)良的微孔發(fā)泡材料。
【附圖說明】
[0024]圖1為市售NaHCO3研磨前的偏光顯微形貌；
[0025]圖2為市售NaHCO3研磨后的偏光顯微形貌；
[0026] 圖3為市售NaHCO3的SEM照片；
[0027] 圖4為市售NaHCO3的DSC曲線圖；
[0028] 圖5為實(shí)施例1中制備的干燥后的氣泡液膜的偏光顯微形貌；
[0029 ]圖6為實(shí)施例3中制備的干燥后的氣泡液膜的偏光顯微形貌；
[0030]圖7為圖6放大4倍的顯微照片；
[0031]圖8為實(shí)施例7中制備的氣泡液膜的偏光顯微形貌；
[0032]圖9為實(shí)施例10中制備的氣泡液膜的偏光顯微形貌；
[0033] 圖10為實(shí)施例11中制備的NaHCO3的TEM照片；
[0034] 圖11為實(shí)施例11中制備的NaHCO3的DSC曲線圖；
[0035]圖12為實(shí)施例11中制備的氣泡液膜的偏光顯微形貌；
[0036]圖13為實(shí)施例11中制備的NaHCO3制備的發(fā)泡材料沖擊斷面SEM照片；
[0037]圖14為實(shí)施例12中制備的氣泡液膜的偏光顯微形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0038]本發(fā)明提供了一種碳酸氫鈉的制備方法，包括以下步驟：
[0039] (I)將NaHCO3與水、納米SiO2和增稠劑混合得到混合溶液；
[0040] (2)將所述步驟(1)得到的混合溶液與發(fā)泡劑混合，得到氣泡液膜；
[0041] (3)將步驟(2)得到的氣泡液膜干燥，得到碳酸氫鈉。
[0042]本發(fā)明將NaHCO3與水、納米SiO2和增稠劑混合得到混合溶液。本發(fā)明對(duì)所述制備混 合溶液的操作沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備混合溶液的技術(shù)方案即 可。本發(fā)明優(yōu)選將NaHCO3溶于水中，得到NaHCO 3水溶液，然后將所述NaHCO3水溶液依次與納 米SiO2和增稠劑混合，得到混合溶液。在本發(fā)明中，所述水的體積與NaHCO 3和納米SiO2的質(zhì) 量比優(yōu)選為IOOmL: (8~12)g: (8~14)g，更優(yōu)選為IOOmL: (9~11 )g: (10~13)g;所述增稠劑 與水的體積比優(yōu)選為1: (10~50)，更優(yōu)選為1: (13~25)，最優(yōu)選為1: (15~19)。
[0043] 在本發(fā)明中，所述納米Si〇2的粒徑優(yōu)選為10~100nm，更優(yōu)選為10~30nm。在本發(fā) 明中，所述納米SiO 2具有觸變作用，在低剪切作用或靜置下能使體系的粘度增大，并可以增 加液膜強(qiáng)度，尤其是升溫干燥時(shí)的液膜強(qiáng)度，從而使氣泡液膜在干燥狀態(tài)下穩(wěn)定存在，并且 使大氣泡中保留大量的小氣泡，這些小氣泡阻礙碳酸氫鈉晶體的長大。
[0044] 在本發(fā)明中，所述增稠劑優(yōu)選為水性增稠劑。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述增稠劑可 具體為聚氨酯類增稠劑或水溶性的聚丙烯酸鹽。在本發(fā)明中，所述增稠劑為液體，其作用是 調(diào)節(jié)溶液粘度，在常溫下獲得泡孔直徑小、大小均勻的高質(zhì)量液膜氣泡。
[0045] 本發(fā)明將得到的混合溶液與發(fā)泡劑混合，得到氣泡液膜。本發(fā)明對(duì)所述制備氣泡 液膜的操作沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的發(fā)泡的技術(shù)方案即可。本發(fā)明優(yōu) 選將所述混合溶液與發(fā)泡劑在攪拌的條件下制備得到氣泡液膜，所述攪拌速率優(yōu)選為300 ~500r/min，攪拌時(shí)間優(yōu)選為20~25min。在本發(fā)明中，所述發(fā)泡劑與水的體積比優(yōu)選為（3 ~6): 50，更優(yōu)選為(3.5~5): 50。在本發(fā)明中，所述發(fā)泡劑優(yōu)選為表面活性劑類發(fā)泡劑。在 本發(fā)明的實(shí)施例中，所述發(fā)泡劑可具體為動(dòng)物類水泥發(fā)泡劑。在本發(fā)明中，所述發(fā)泡劑的作 用是形成堅(jiān)韌、富有彈性的氣泡液膜。在本發(fā)明中，所述發(fā)泡劑與上述技術(shù)方案所述水的體 積比優(yōu)選為(3~6): 50，更優(yōu)選為(3.5~5): 50。
[0046] 本發(fā)明將得到的氣泡液膜干燥，得到碳酸氫鈉。本發(fā)明對(duì)所述干燥操作沒有特殊 的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的干燥的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述干燥優(yōu)選為烘 干，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可將所述氣泡液膜置于烘箱中干燥。在本發(fā)明中，所述干燥溫度 優(yōu)選為45~55°C，更優(yōu)選為48~52°C，所述干燥時(shí)間優(yōu)選為10~14h，更優(yōu)選為11~13h。
[0047]