[发明专利]立方形超细碳酸钙颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种立方形超细碳酸钙颗粒的制备方法。

背景技术

纳米碳酸钙作为一种新型的功能性填料，广泛应用于塑料、橡胶、涂料、密封胶、油墨、造纸等领域。其应用性能的优劣主要取决于碳酸钙的化学组成、形态特征、粒径及其分布等参数。针对不同的应用体系对碳酸钙进行相应的表面处理，从而获得分散性好、粒径分布窄、与基体界面相容性好的产品是碳酸钙应用的基本要求。通过工艺技术的控制，已有技术已经能制备立方、针状、片状、链球状等形貌的纳米碳酸钙。

立方型纳米碳酸钙是目前应用量最大的纳米粉体材料，但立方晶形纳米碳酸钙普遍存在着一次颗粒发育不完整、结晶不完全，形貌不规整、粒径分布宽等问题，导致在应用中存在着团聚、补强性和触变性不能很好体现等问题，要充分地发挥纳米材料的功能性作用，必须使其在使用过程中，保持良好的分散性。因此具有形貌规整、分散性好、粒径分布窄的一次颗粒是碳酸钙具有良好功能性应用的前提，形貌规整程度直接决定了纳米颗粒的团聚状态，也对补强性和流变性有着重要影响。

专利文献CN1163860A公开了一种制备附聚亲和力小，结晶完整的纳米碳酸钙颗粒制备方法，该方法采用在低温碳化结束后的粒径为40nm，pH为6.8的碳酸钙悬浮液中加入碱或碱土金属的氢氧化物，在特定的条件下陈化一定时间，其工艺控制复杂，且只能制备粒径在40~80nm范围的碳酸钙。专利文献CN1375456A以蔗糖为晶控剂，温度为28±1℃下进行碳化反应至体系pH为6.7~7后再低速率碳化、陈化的方法制备纳米碳酸钙，但该法难以得到晶形规整且粒径可控的立方碳酸钙。专利文献CN101570342A采用低温碳化制备纳米碳酸钙，并在碳化过程采取中陈化并加入晶型修饰剂的方法获得粒径在60~90nm的硅酮胶专用纳米碳酸钙粒子，其陈化时间长达30~60小时，同时较低的温度下陈化，晶体的长大发育程度受限，易引起颗粒间的凝并生长和团聚。

众所周知，碳化反应的工艺条件对碳酸钙的形貌有着重要的影响，对低温下的碳化反应而言，由于反应初期大量形核导致出现反应体系粘度升高、电导率骤降即所谓凝胶现象。虽然有很多纳米材料可用凝胶——溶胶法制备，利用反应过程中产生的凝胶现象得到需要获得的某些性能。但对于纳米碳酸钙而言，这种变化不仅不会提高产物的性能，更重要的是反应体系一旦发生了凝胶，就很难采取合适的措施进行补救，即凝胶体系的产生对碳酸钙产品质量的负面作用是不可逆转的，故采用已有的方法获得的产品粒子间多有凝并，难以获得形貌规整的立方形碳酸钙。

发明内容

本发明的目的是公开一种立方形超细碳酸钙颗粒的制备方法，以解决现有技术的不足。

本发明的方法，包括以下步骤：

（1）在温度30~40℃下，将晶核形成促进剂加入质量百分浓度为8~16%的氢氧化钙悬浮液；

所说的晶核形成促进剂选自葡萄糖、蔗糖或柠檬酸钠中的一种以上；晶核形成促进剂的加入量为碳酸钙质量的0.2~1.5wt%；

（2）然后通入二氧化碳体积百分浓度为36~99%的气体，进行一次碳化反应，气体流量为20~55m³/(h·m³石灰乳悬浮液)，碳化至pH值为8~12，停止碳化，此时悬浮液的温度为50~75℃，添加碳酸钙质量0.5%~3wt%的晶型修饰剂，并陈化0.5~10小时；

所说的晶型修饰剂选自氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠中的一种；

所说的陈化是指在搅拌下保温；所说的搅拌可以是机械搅拌，也可以是气体鼓泡搅拌；

陈化时间优选2~8小时，陈化温度为55~75℃，陈化温度较低，粒子易凝并生长，而温度太高则立方形粒子有向板片状变化的趋势；

（3）继续通入二氧化碳体积百分浓度为36~99%的气体，进行二次碳化，气体流量为20~55m³/(h·m³石灰乳悬浮液)，当悬浮液的pH值降为6.5~7.0时，碳化反应结束；

（4）在碳化反应结束的碳酸钙悬浮液中，加入包覆剂水溶液，搅拌分散，进行包覆活化处理，然后趁热过滤，获得的产物进行干燥，即得所述的立方形超细碳酸钙颗粒；

包覆剂水溶液质量浓度为5~20wt%，温度为70~95℃；

所说包覆剂选自树脂酸、树脂酸碱金属盐、脂肪酸或脂肪酸碱金属盐中的一种以上；

所述树脂酸选自松香酸；

所述树脂酸碱金属盐选自钠盐或钾盐；

所述脂肪酸选自硬脂酸、软脂酸或它们的混合酸；