[发明专利]拟六方片状碳酸钙亚稳态晶型颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳酸钙颗粒及其制备，尤其涉及一种拟六方片状碳酸钙亚稳态晶型(文石)颗粒及其制备方法。

背景技术

生物矿化是指在生物体内形成矿物质的过程，其作用是一种广泛而复杂的固相间、有机物和无机物间的物理化学过程。以少量有机质为模板，进行分子操作，高度有序地组合成无机材料，有机基质能作为构造支持的惰性底质或矿物沉淀的局限空间和核化作用的表面，确定矿物质点的形态大小、空间排列、结晶取向和同质多晶形类型，并与生物晶体一起确定生物矿物的机械性质，它同时受热力学、动力学和生物学控制。生物矿化可以分四个阶段：有机质的预组织、界面分子识别、生长调控、细胞加工，其中界面分子识别是生物矿化的关键，而细胞加工则是造成天然生物矿化材料与人工材料差别的主要原因。

与天然矿物相比，生物矿化形成的生物矿物常具有很高的选择性和方向性。目前自然界约有60余种矿化材料，含钙矿物(主要是磷酸钙和碳酸钙)约占50％，其中文石型碳酸钙主要构成无脊椎动物的体内外骨骼，而磷酸钙几乎完全由脊椎动物所采用。不同生物矿化材料的组成、有机基体的种类和结构、无机晶体的结构和形貌等也不一样。在珍珠层中，总重仅占1～5％的薄层有机质充填于无机相(碳酸钙)之间；正是这微量的有机质(几丁质和丝心蛋白等)控制了珍珠层的形成，并使其具有无可比拟的力学性能。这激起人们对骨、牙、结石、珍珠等的生物矿化作用产生浓厚的兴趣，由于他们大小规整，结构，形态及结晶取向一致等特点使它们具有良好的性能，所以仿生矿物的研究具有重要意义。在仿生材料的研究与制备中，国外是以Mann等为代表，国内是以崔福斋教授和张兴栋教授等为代表。他们的研究结果(如封骨技术等)对高性能仿生材料制备和应用有重要的指导意义。由于活体内的生物矿化过程涉及许多生物和生理机制，所以生物体外有机质的水溶液对无机矿物质的诱导和晶体形貌的调控作用，成为该类研究的出发点。

碳酸钙作为一种重要的无机化工产品，具有原料丰富、生产工艺简单、性能稳定等特点，广泛用于橡胶、塑料、涂料、造纸、油墨、食品、医药、饲料等工业中。碳酸钙一般作为填充剂应用于造纸工业。在印刷用纸或书写用纸中添加填料，目的在于改善制品纸的白度、不透明度、不光滑性，书写性、手感、可印刷性等。我国每年需要碳酸钙产品总量达400万吨，其中造纸、塑料、橡胶行业的碳酸钙消费量为80％，涂料占10％，其它行业占10％。据预测，仅造纸业所需的片状碳酸钙用量可达200万吨/年以上，潜在市场很大。每年从国外进口碳酸钙达7～10万吨，并且其的需求量还在以每年6～10％的速度增长。我国目前有碳酸钙生产企业二百多家，但其工艺落后，品种单一，产品大多为售价低廉(400～500元/吨)的大粒径(2～5μm)纺锤形产品。与欧美等国相比，我国木材资源短缺，迫切需要采取碱性或中性新工艺提高纸品质量。片状碳酸钙表面涂覆及遮盖力较强，易于分散，具有良好的光学性能及印刷性能，由此制成的具有较高的白度、亮度及遮光性能，可节省纸浆用量，降低造纸成本。目前人们利用生物矿化的原理合成了半导体材料，有机/无机复合陶瓷薄膜等，专利200410011083.0用仿生矿化原位法合成了功能型纳米碳酸钙，具有立方形和纺锤形，但目前还没有采用仿生方法合成的拟六方片状碳酸钙颗粒的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种拟六方片状碳酸钙亚稳态晶型(文石)颗粒及其制备方法及其在印刷、造纸行业的应用。

本发明以表面活性剂生物模拟体系作模板，通过模板结构中有机/无机界面的分子识别(如静电、晶格几何匹配和立体化学互补等)来富集钙离子，模拟生物矿化过程，为拟六方片状碳酸钙亚稳态晶型(文石)颗粒制备提供一条反应条件更温和的路线，并进一步完善拟六方片碳酸钙亚稳态晶型(文石)颗粒生产的新工艺。

本发明所述碳酸钙亚稳态晶型(文石)颗粒，其特征在于：所述颗粒粒子以拟六方片状为主，粒度分布较窄，平均粒径为1～2μm。

本发明所述拟六方片状碳酸钙亚稳态晶型(文石)颗粒的制备方法，其步骤是：

(1)先利用无机钙盐和阴离子表面活性剂钠盐反应制备出有机钙盐；

(2)以总重量计，按组分量分别称取重量百分比为1～5％的步骤(1)制得的有机钙盐、重量百分比为1～3％的有机添加剂和余量的氨水于反应容器中，使反应液中NH₄⁺与Ca²⁺的摩尔比为4:1；

(3)以2.5±0.2ml/min速率向上述容器中的反应液通CO₂气体1±0.2小时，通气过程中不断搅拌，陈化24±2小时；