[发明专利]基于羧甲基纤维素钠与氯化钾合成碳酸钙纳米晶须的方法

说明书

技术领域

本发明属于文石型碳酸钙纳米晶须领域，具体涉及一种利用羧甲基纤维素钠 与氯化钾的二元复合晶型控制剂合成碳酸钙纳米晶须的方法。

技术背景

碳酸钙晶须是一种环境友好型晶须材料，具有原料来源广泛、性能优良、无 毒、价格低廉等优点，可用于塑料、涂料、橡胶、摩擦材料、造纸、医学等领域， 因此碳酸钙晶须的制备及应用技术引起了人们越来越多的关注。

目前，国内外制备碳酸钙晶须的方法主要有复分解反应法、尿素水解法、碳 酸化法等。复分解反应法是以一定浓度的可溶性Ca²⁺盐与可溶性CO₃^2-盐混合， 控制一定的反应温度、溶液浓度、反应时间、搅拌强度，进行反应合成碳酸钙晶 须。但是，复分解反应法制备碳酸钙晶须的前驱体相对昂贵，不具备工业化生产 的价格优势。

采用尿素水解法制备碳酸钙晶须时，采用尿素与可溶性钙盐反应，利用尿素 水解产生的CO₂与CO₃^2-盐反应来制备碳酸钙晶须，这类方法主要有 Ca(NO₃)₂-(NH₂)₂CO和CaCl₂-(NH₂)₂CO体系。专利CN1899451A在含有少量稀 土离子的钙离子液相体系中，加入水溶性且主链或支链具有极性含氧基团的高分 子聚合物形成无机一高聚物均相体系，同时以高分子聚合物为模板，在一定的压 力和温度下，利用尿素水解反应，制备得到具有高分子包覆层含稀土的碳酸钙晶 须。但是，在尿素水解法制备碳酸钙晶须过程中，前驱体的价格较为昂贵，而且 反应釜操作需要在高温、高压下进行，这些都不利于碳酸钙晶须的规模化工业生 产。

碳化法制备碳酸钙晶须，通过向Ca(OH)₂浆料中通入CO₂气体来实现，利 用晶型控制剂促进文石晶相的生成。这种方法具有易于实施，产物质量较好的优 点。研究中所采用的晶型控制剂大致可分为两类：镁盐系列和磷酸盐系列。专利 CN1552959A将Ca(OH)₂消化后，加入一定浓度的MgCl₂溶液，制备了碳酸钙晶 须，晶须平均长度5～20μm，平均直径0.5～1μm。专利CN1442363A报道了一 种微细晶须状碳酸钙的制备方法，包括在超重力旋转填充床反应器中，在晶型控 制剂的存在下，选择Ca(OH)₂浆液和CO₂气体反应。其中，晶型控制剂选自磷 酸、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、磷酸盐、卤化物或它们的混合物。虽然引入此类晶 型控制剂可以实现碳酸钙晶须的规模化生产，但是文献报道中的碳酸钙晶须均为 微米尺寸，未能达到纳米级别。因此，如何实现纳米尺寸的碳酸钙晶须的规模化 生产，仍然是碳酸钙领域中值得研究的重点之一。

发明内容

本发明旨在利用羧甲基纤维素钠与氯化钾的二元复合晶型控制剂的方法制 备高品质的碳酸钙纳米晶须。所要解决的关键技术问题是提供一种操作简便、条 件温和、能够规模化(工业化)合成碳酸钙纳米晶须的方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：配制羧甲基纤维素钠与氯化钾二元 复合晶型控制剂(溶液浓度范围为0.5％～15％)，然后与氢氧化钙浆液搅拌混合。 在20～90℃下通入CO₂气体进行碳酸化反应。当该溶液pH达到7附近时，停 止碳酸化反应。通水洗、过滤、烘干(60～120℃)等操作，即可得到碳酸钙纳 米晶须产品。

与已有技术相比，本发明的创新性体现在：

1、本发明基于羧甲基纤维素钠与氯化钾的混合物为二元复合晶型控制剂， 成功地利用CO₂碳酸化法合成了碳酸钙纳米晶须。

2、本发明所得到的碳酸钙晶须具有结构和性能稳定，且具有纯度高、晶型 好、长径比高、品质好等特点。

3、本发明反应周期短，易于操作，对反应条件要求不高，可实现碳酸钙纳 米晶须的规模化生产。

附图说明

图1为羧甲基纤维素钠与氯化钾二元复合晶型控制剂(浓度为4％)制备的 碳酸钙纳米晶须的扫描电镜(SEM)照片。