一種立方形納米碳酸鈣的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種立方形納米碳酸鈣的制備方法，具體是一種利用三聚磷酸鈉或六 偏磷酸鈉中的一種，既作為晶核促進(jìn)劑又作為分散劑，一步碳化合成立方形納米碳酸鈣的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳酸鈣是一種重要的無機(jī)填料，由于其具有價(jià)格低廉、無毒、無刺激性、色澤好、白 度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于橡膠、造紙、涂料、油墨、電纜等部門。立方形納米碳酸媽作為填料 加入到塑料、橡膠、紙張中，可提高材料的機(jī)械性能，有效地改善體系的流動性與加工性能， 對制品的表面光潔度和填充性也有較好的影響。此外立方形納米碳酸鈣填充在聚合物中有 較好的增韌效果，且性能較穩(wěn)定，現(xiàn)已成為目前應(yīng)用量最大的納米碳酸鈣。因此，開發(fā)出形 貌規(guī)整，粒度分布窄的立方形納米碳酸鈣具有十分重要的意義。
[0003] 公開報(bào)道的制備立方形納米碳酸鈣的制備方法有：復(fù)分解法、碳酸化法（包括間 歇鼓泡碳化法、連續(xù)噴霧碳化法和超重力反應(yīng)結(jié)晶法）。相對于復(fù)分解法的生產(chǎn)能力有限， 且成本相對較高等劣勢，碳酸化法原料基本可以來源于自然界廣泛存在的石灰石資源，使 其成為研宄最為廣泛、也是最易于在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)的技術(shù)。連續(xù)噴霧碳化法氣液 接觸面積大，可制得顆粒形狀規(guī)則、粒度分布窄的納米碳酸鈣。但該方法操作難度大、設(shè)備 工作不穩(wěn)定、噴嘴容易堵塞。超重力反應(yīng)結(jié)晶法碳化時(shí)間短、生產(chǎn)效率高、粒度分布均勻、不 同批次產(chǎn)品的重現(xiàn)性好，但是該法設(shè)備投資成本很高。間歇鼓泡碳化法投資小，操作簡單， 是目前工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的生產(chǎn)技術(shù)。因此，研宄出利用間歇鼓泡碳化法穩(wěn)定制備立方 形納米碳酸鈣更具有現(xiàn)實(shí)意義。
[0004] 中國專利（專利號CN201210362936.X)公布了一種立方形超細(xì)碳酸鈣顆粒的制 備方法。該方法將葡萄糖、蔗糖或檸檬酸鈉中的一種以上作為晶核形成促進(jìn)劑加入氫氧化 媽懸浮液，通入二氧化碳碳化至pH值為8?12,添加氯化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化 鈉中的一種作為晶型修飾劑，陳化一段時(shí)間后繼續(xù)通入二氧化碳碳化至PH為6. 5?7. 0， 加入包覆劑包覆處理、過濾、干燥，制備得到粒徑為90?180nm、比表面積在10?18m2/g 的立方形超細(xì)碳酸鈣粒子。但此方法除了要加晶型促進(jìn)劑以外，還需要加入晶型修飾劑； 另外此法需要二次碳化，兩次碳化之間需要陳化處理，操作相對復(fù)雜。中國專利（專利號 CN200310122700.X)公開了一種納米級碳酸鈣顆粒的制備方法，包括以下步驟：將晶核形 成促進(jìn)劑加入氫氧化鈣的懸浮液，然后通入二氧化碳?xì)怏w，再加入分散劑，然后加入包覆劑 的水溶液；最后將包覆后的碳酸鈣懸浮液趁熱過濾，再進(jìn)行干燥，即獲得顆粒大小及分布可 控的立方形納米級活性碳酸鈣產(chǎn)品。此法雖無需進(jìn)行二次碳化，但需要加入晶核形成促進(jìn) 劑和分散劑兩種，操作相對也較為復(fù)雜。
[0005] 本發(fā)明所用到的六偏磷酸鈉，是市場用量最大的功能性磷酸鹽產(chǎn)品，被廣泛用于 制造水處理劑、緩蝕劑、金屬表面處理劑、水泥硬化促進(jìn)劑、食品添加劑等。六偏磷酸鈉 在水溶液中可電離成陰離子，具有很強(qiáng)的作用活性，其中比較突出的是能與溶液中的Ca2+ 或微粒表面晶格Ca2+反應(yīng)生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，增加溶液中Ca2+的濃度，在一定程度上能 夠促進(jìn)成核。另外六偏磷酸鈉吸附在顆粒的表面后還能增加表面的負(fù)電性，使顆粒與荷 負(fù)電的其他顆粒在靜電斥力的作用下相互分離，使得所制備的納米顆粒處于較好的分散 狀態(tài)。三聚磷酸銨作為一種重要助劑，被廣泛用于洗滌品、石油、冶金、采礦、造紙、水處 理、食品等行業(yè)，同時(shí)在油漆、高嶺土、氧化鎂、碳酸鈣等工業(yè)中配制懸浮時(shí)作分散劑。三 聚磷酸鈉與溶于水中的Ca2+、Mg2+、Fe3+等金屬離子有絡(luò)合作用，生成可溶性絡(luò)合物，如： Na5P301Q+Ca2+-Na3 (CaP3Oltl) +2Na+。三聚磷酸鈉水溶液呈弱堿性，它在pH為4. 3?14范圍 水中，形成懸濁液的作用，即分散作用。三聚磷酸鈉也能使液態(tài)、固態(tài)微粒更好的溶于液體 (如水）介質(zhì)中，起到增溶作用。這就使得三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉在納米碳酸鈣制備過程 中既可以作為晶核促進(jìn)劑，又可作為分散劑。國內(nèi)外的研宄者尚未公開或報(bào)道有利用三聚 磷酸鈉或六偏磷酸鈉中的一種既作晶核促進(jìn)劑又作分散劑制備立方形納米碳酸鈣顆粒的 方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種成本低、工藝簡單的立方形納米碳酸鈣的制備方法，其 特征是以三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉中的一種同時(shí)作為晶核促進(jìn)劑與分散劑，利用間歇鼓泡 碳化法一步碳化合成立方形納米碳酸鈣。具體實(shí)現(xiàn)方式如下：
[0007] 1、將生石灰按一定的灰水比投入到60?90°C蒸餾水中，攪拌消化4小時(shí)后，陳化 16?20小時(shí)，將所得的Ca(OH)2懸浮液過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，加水調(diào)制到一定濃度、備用。
[0008] 2、將配制好的質(zhì)量濃度為3. 8?10. 2wt%Ca(OH)2懸浮液加入到碳化反應(yīng)器中， 添加0. 5?5.Owt%三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉中的一種（占碳酸鈣理論產(chǎn)量的質(zhì)量百分 數(shù)），控制碳化溫度10?40°C，在攪拌作用下，將一定流率的0)2及N2混合后通入碳化反應(yīng) 釜底部的氣體分布器，采用數(shù)顯PH計(jì)跟蹤碳化反應(yīng)全過程。當(dāng)反應(yīng)漿液pH= 6. 5?7. 0 時(shí)，停止通氣，碳化反應(yīng)結(jié)束。
[0009] 3、將碳化完成后漿液進(jìn)行離心、抽濾、90?105°C下干燥5小時(shí)，粉碎、即得所需平 均粒徑為30-80nm，比表面積為63m2/g立方形納米碳酸鈣產(chǎn)品。
[0010] 本發(fā)明與已有的間歇鼓泡碳化法制備立方形納米碳酸鈣技術(shù)相比，其突出的實(shí)質(zhì) 性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步是：
[0011] 1、只需加入六偏磷酸鈉或三聚磷酸鈉中的一種，同時(shí)充當(dāng)晶核促進(jìn)劑與分散劑。
[0012] 2、操作相對簡單，生產(chǎn)效率提高1倍以上。
【附圖說明】
[0013] 圖1為立方形納米碳酸鈣產(chǎn)品激光納米粒度儀圖譜
[0014] 圖2為立方形納米碳酸鈣產(chǎn)品X射線衍射儀圖譜
[0015] 圖3為立方形納米碳酸鈣產(chǎn)品掃描電子顯微鏡照片
【具體實(shí)施方式】
[0016] 在實(shí)施例