一種重質碳酸鈣表面包覆納米碳酸鈣的方法
2023-09-13 14:45:55
專利名稱：一種重質碳酸鈣表面包覆納米碳酸鈣的方法
技術領域：
本發明是一種製備納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合納米材料的新方法。
顆粒的製備方法主要有物理和化學兩種。物理即機械方法製備的顆粒成本低，顆粒的平均粒徑較大；化學法製備的顆粒成本高，粒徑較小。物理法製備的重質碳酸鈣允許有更高的加填量，由此可以提高經濟效益；顆粒的形態有利於纖維的結合，有利於紙頁的強度；紙機的運行性較好，因為阻留的水分較少，濾水性較好；對施膠的影響較小。但是，白度和不透明度低於同等加填量的輕質碳酸鈣；泥漿狀的重質碳酸鈣運到用戶途中要加分散劑，以防止顆粒沉降，因此增加了成本；天然重質碳酸鈣的硬度較大，粒子的形態使得磨耗數較大，對網部、紙機部件有較大的磨損。化學法製備的輕質碳酸鈣能使紙頁產生高的不透明度、白度和松厚度；在抄造過程中磨耗數低，減輕對設備的磨損；表面電荷的電勢高，這樣有利於顆粒在紙頁中的分布。可是，輕質碳酸鈣顆粒的比表面積大，降低了施膠效率；顆粒間有小的間隙影響了纖維之間的結合，由此降低了紙頁的強度；輕質碳酸鈣比重質碳酸鈣阻留了更多的水分，這意味著紙機的車速要降低；當輕質碳酸鈣加填量超過15％時會產生大量生產性問題。
本發明的目的就是綜合兩種方法生產的顆粒的優缺點，揚長避短，探索一條製備納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合顆粒的方法。這種複合顆粒既保存了重質碳酸鈣顆粒的形態可以保持填料的添加量較大以減低成本，同時其表面又被納米的輕質碳酸鈣所改性，具有較低強度從而降低魔損。而且重質碳酸鈣的表面被納米輕質碳酸鈣包覆後作為填料在應用中具有高的白度及良好的分散性。因此這種複合顆粒是一種具有巨大應用前景的新型材料。
本發明中的納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合顆粒的製備是在一定濃度的氫氧化鈣溶液中，加入一定量的重質碳酸鈣及特定的添加劑，在攪拌力作用下配成懸浮液。然後通入二氧化碳，對氫氧化鈣進行碳化。在一定的時間內氫氧化鈣和二氧化碳反應生成的納米碳酸鈣在重質碳酸鈣表面形核、長大。接著過濾、乾燥、分散即可得到納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合顆粒。
本發明中的納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合顆粒的製備過程中可控制的因素有①氫氧化鈣的濃度；②二氧化碳的質量分數；③添加劑的種類、數量和添加時間。從化學反應速率和碳酸鈣成核機理角度考慮，又存在兩個可控因素④攪拌速率；⑤反應溫度。另外重質碳酸鈣的平均粒徑也是一個重要因素。
本發明中的納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合顆粒的製備過程中氫氧化鈣的濃度可為1～20％。氫氧化鈣的濃度越低，碳化得到的納米碳酸鈣顆粒粒徑越小。但是，濃度越低，動力消耗越高，所需的設備容器體積增大。重質碳酸鈣為微米級，根據不同應用背景粒徑參差不一。二氧化碳的質量分數為10～80％，而且隨著二氧化碳含量的增加，碳化生成的碳酸鈣顆粒粒徑增大。攪拌速率為1000～3000rpm，在其它條件不變的前提下，隨著轉速的提高，碳化生成的碳酸鈣粒徑變小。添加劑的量為0.01～3％，添加劑加入量增加，所得產品粒徑減小，當減小到一定程度時，粒徑將隨添加劑用量的增加而增大。一般的反應開始時加入添加劑得到的碳酸鈣顆粒粒徑最小，反應過程中加入添加劑的時間越遲，生成的碳酸鈣顆粒粒徑越大。添加劑種類可選有機多磷酸鹽、螯合劑。反應溫度可控制在0～60℃。
本發明中的納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合顆粒的製備是在1～20％氫氧化鈣溶液中，加入一定量的重質碳酸鈣及0.01～3％的有機多磷酸鹽添加劑，在攪拌力作用下配成懸浮液，攪拌速度為1500～3000rpm，溶液溫度控制在0～30℃。然後通入質量分數為10～50％的二氧化碳，對氫氧化鈣進行碳化。在一定的時間內氫氧化鈣和二氧化碳反應生成的納米碳酸鈣在重質碳酸鈣表面形核、長大。接著過濾、乾燥、分散即可得到納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合顆粒，納米碳酸鈣的平均粒徑為10～50nm，包覆率80％以上。
本發明中的納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合顆粒的製備是在1～20％氫氧化鈣溶液中，加入一定量的重質碳酸鈣及0.01～3％的螯合劑添加劑，在攪拌力作用下配成懸浮液，攪拌速度為1000～3000rpm，溶液溫度控制在0～60℃。然後通入質量分數為10～80％的二氧化碳，對氫氧化鈣進行碳化。在一定的時間內氫氧化鈣和二氧化碳反應生成的納米碳酸鈣在重質碳酸鈣表面形核、長大。接著過濾、乾燥、分散即可得到納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合顆粒，納米碳酸鈣的平均粒徑為10～80nm，包覆率80％以上。
本發明的方法同樣可以應用於其它顆粒的表面包覆納米碳酸鈣顆粒。例如微米矽灰石、滑石等礦物粉。
實例一採用2000g機械粉碎重質碳酸鈣顆粒，平均粒徑5μm。加入5000ml，8％氫氧化鈣溶液中，攪拌速度為2500rpm，再加入5g有機多磷酸鹽添加劑，溶液溫度控制在10℃。然後通入二氧化碳，其質量分數為30％，當Ph值達8時停止通氣。再過濾、乾燥、分散得納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合顆粒，納米碳酸鈣平均粒徑為40nm。
實例二採用2000g機械粉碎重質碳酸鈣顆粒，平均粒徑10μm。加入5000ml，15％氫氧化鈣溶液中，攪拌速度為2400rpm，再加入10g有機多磷酸鹽添加劑，溶液溫度控制在25℃。然後通入二氧化碳，其質量分數為50％，當Ph值達8時停止通氣。再過濾、乾燥、分散得納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合顆粒，納米碳酸鈣平均粒徑為50nm。
權利要求
1.一種製備納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合納米材料的新方法，其特徵是結合物理法和化學法兩種制粉方法的優點，製得優良特性的複合顆粒。其基本特徵為①採用機械物理方法製得重質碳酸鈣，粒徑在微米級或以上級；②配得一定濃度的氫氧化鈣溶液，將重質碳酸鈣和添加劑加入其中，在攪拌力作用下製得懸浮液；③往懸浮液中通入一定質量分數的二氧化碳，對氫氧化鈣進行碳化一定時間；④對溶液過濾、乾燥、分散即可得納米碳酸鈣—重質碳酸鈣複合顆粒。
2.按照權利要求1所述方法，氫氧化鈣溶液濃度為1～20％，重質碳酸鈣平均粒徑在微米以上級。
3.按照權利要求1所述方法，攪拌速度在1000～3000rpm範圍內。
4.按照權利要求1所述方法，添加劑為有機磷酸鹽和螯合劑，添加量在0.01～3％範圍內，添加時間在碳化反應開始時。
5.按照權利要求1所述方法，二氧化碳質量分數為10～80％，反應溫度控制在0～60℃。
6.按照權利要求1所述方法，同樣可以製備其它微米顆粒表面包覆納米碳酸鈣顆粒的複合材料，如納米碳酸鈣—矽灰石複合顆粒、納米碳酸鈣——滑石複合顆粒等。
全文摘要
本發明是一種製備納米碳酸鈣－重質碳酸鈣複合納米材料的新方法。該方法結合物理法和化學法製備顆粒這兩種方法的優點,對物理法製得的重質碳酸鈣表面用化學法沉積納米碳酸鈣顆粒,從而製得複合納米碳酸鈣－重質碳酸鈣顆粒。這種複合顆粒既保存了重質碳酸鈣顆粒的形態可以保持填料的添加量較大以減低成本,同時其表面又被納米的輕質碳酸鈣所改性,具有較低強度從而降低魔損。而且重質碳酸鈣的表面被納米輕質碳酸鈣包覆後作為填料在應用中具有高的白度及良好的分散性。因此這種複合顆粒是一種在造紙、塑料、橡膠、塗料等領域具有巨大應用前景的新型材料。
文檔編號C09C3/06GK1371947SQ0110449
公開日2002年10月2日 申請日期2001年2月27日 優先權日2001年2月27日
發明者蓋國勝, 劉利人, 樊世民 申請人:蓋國勝