本發(fā)明涉及到一種無機非金屬復(fù)合新材料及其制作方法和用途，尤其是指一種輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣及其制作方法和用途，主要用于彩色塑料、彩色橡膠、彩色涂料、彩色紙張、彩色油墨等材料制備中作為彩色填料，也可直接用于制作彩色粉體，屬于化工材料及其制作技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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碳酸鈣（化學式為caco3）是一種用量最大、用途最廣的新型無機填料，廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、涂料、造紙、電線電纜等領(lǐng)域。納米碳酸鈣是碳酸鈣行業(yè)的后起之秀，是一種新型高檔功能性填料。由于納米碳酸鈣粒子的超細化，其晶體結(jié)構(gòu)和表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了普通碳酸鈣所不具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，且粒徑小、粒度分布窄、比表面積大、表面活性及分散性好、表面能高，在實際使用中體現(xiàn)了很多普通碳酸鈣材料所不具備的優(yōu)異性能，用途更為廣泛。納米碳酸鈣產(chǎn)品的高附加值，引起了世界各國的普遍關(guān)注，現(xiàn)已成為無機非金屬材料研究和企業(yè)競爭投資的熱點。因此，納米碳酸鈣是一種功能性無機填料，它不但具有增加產(chǎn)品體積、降低產(chǎn)品成本的作用，而且還擁有優(yōu)良的補強性能。

另一方面，在現(xiàn)代的生活和生產(chǎn)中，需要大量的彩色的塑料、橡膠等有機高分子材料。在這些彩色塑料、彩色橡膠、彩色涂料、彩色紙張、彩色油墨等材料制備中，往往都是通過添加染料來著色的?，F(xiàn)在彩色的塑料等有機高分子材料著色多采用干法混煉著色實現(xiàn)，然而這種干法混煉著色，需要在干法混煉過程中添加各種染料才能制得各種彩色制品。在彩色塑料等有機高分子材料干法混煉過程中，通常會添加的碳酸鈣作為填料，但所添加的碳酸鈣只能是普通輕質(zhì)碳酸鈣或重質(zhì)碳酸鈣，因為即使是一次原生粒子是納米碳酸鈣，也因團聚而只能顯示出二次粒子為微米粒子的性能，因而不能具備納米特性。而且現(xiàn)在的碳酸鈣應(yīng)用于塑料等有機高分子材料領(lǐng)域時，是一種白色粉末，在彩色塑料等有機高分子材料干法混煉著色過程中還需添加染料，染料的添加量通常為基料的5~10%，而染料單價在2萬~100萬元/噸，這樣使得傳統(tǒng)生產(chǎn)方式生產(chǎn)的彩色的塑料、橡膠等有機高分子材料質(zhì)次而價高。以彩色塑料制品生產(chǎn)工藝為例，將塑料母粒、填料碳酸鈣、偶聯(lián)劑、染料、增塑劑等助劑按一定比例混配，加熱的條件下在混煉機中制成，而這個過程所制出的彩色塑料制品往往到不到理想的效果，不僅質(zhì)量難以保證，而且色差也較大。因此市場急需一種彩色塑料等有機高分子材料制備的新方法。

另外，在彩色跑（也稱彩虹派對、彩色趴）領(lǐng)域，一直以來都采用彩色玉米粉作為噴灑娛樂載體，彩色玉米粉采用玉米粉和可食用染色劑調(diào)色而成，價格達10~18元/公斤，無毒無味，彩色跑在大城市頗為盛行。專家指出，這些標榜使用玉米粉加上可食用級色素制成的繽紛彩色粉霧，讓活動嗨翻天，民眾開心之余，卻忘了這些易燃粉末一遇火源，恐引發(fā)“粉塵爆炸”，殺傷力更甚煤氣罐。而如果用彩色輕質(zhì)碳酸鈣代替彩色玉米粉，一是成本低，售價在5~10元/公斤仍然利潤可觀；二是碳酸鈣無毒無味，選用可食用染色劑，對人體和環(huán)境無害；三是碳酸鈣沒有任何粉塵爆炸危險，非常安全。因此，彩色碳酸鈣代替彩色玉米粉是一種理想的選擇。

通過專利檢索沒發(fā)現(xiàn)有與本發(fā)明相同技術(shù)的專利文獻報道，與本發(fā)明有一定關(guān)系的專利主要有以下幾個：

1、專利號為cn200510100330.9，名稱為“彩色的水泥碳酸鈣石膏粉的制造方法”的發(fā)明專利，該專利公開了一種彩色的水泥碳酸鈣石膏粉的制造方法，其包括以下步驟：步驟一：提供白水泥、碳酸鈣、石膏粉中的任一種，作為主料；步驟二：提供至少一種具有顏色的金屬鉻合染料；步驟三：提供乙醇、甲醇中任一種，作為溶劑；步驟四：在一定量的溶劑中加入一定量的含有金屬鉻合染料成份的染料，組成一種有色溶液；步驟五：在一定量的主料中加入一定量的有色溶液，充分攪拌直到主料成為一種有色產(chǎn)品，烘干后包裝。本發(fā)明方法采用液體染色，工藝簡單、成本低廉，采用金屬鉻合染料生產(chǎn)的產(chǎn)品色調(diào)明亮、色澤鮮艷、具有優(yōu)良的耐候性與穩(wěn)定性。

2、專利號為cn01823925.0，名稱為“高光澤碳酸鈣涂料組合物以及由其制備的涂覆紙張和紙板”的發(fā)明專利，該專利公開了一種高光澤碳酸鈣涂料組合物以及由其制備的涂覆紙張和紙板，提供一種紙張涂層顏料，其包括第一和第二分散的霰石型淀積碳酸鈣(pcc)顆粒。所述混合顏料的第一顆粒具有約0.4μm的平均粒度(aps)，所述混合顏料的第二顆粒具有約0.5μm的平均粒度(aps)。所述混合顏料優(yōu)選包括第一種0.4μm顆粒與第二種0.5μm顆粒的重量比為約50∶50至約80∶20，最優(yōu)選為60∶40。還提供了一種制備涂覆紙張的方法，其包括制備混合的霰石型pcc顏料，加入粘結(jié)劑，在含有粘結(jié)劑和/或添加劑的漿液中將顏料施涂到紙張基料上。優(yōu)選地，在制備所述漿液之前，混合的霰石型淀積碳酸鈣顏料以混合物重量的約30至約85重量%存在，余量為約70-15重量%的粘土。

3、專利號為cn00121776.3，名稱為“涂有碳酸鈣的薄片顏料及其生產(chǎn)方法”的發(fā)明專利，該專利公開了一種涂有碳酸鈣細顆粒的新型薄片顏料、以及一種生產(chǎn)薄片顏料以及包含所述薄片顏料的化妝品、塑料組合物、油漆組合物和油墨組合物的方法。其中碳酸鈣細顆粒被涂覆在所述片狀基材的表面上；其生產(chǎn)方法是將鈣鹽水溶液和碳酸鹽水溶液在攪拌下加入片狀基材的懸浮液中，使得碳酸鈣作為細顆粒涂覆在所述片狀基材的表面上，然后過濾、洗滌并干燥。

上述這些專利雖然都涉及到碳酸鈣的制作方法，其中cn200510100330.9，名稱為“彩色的水泥碳酸鈣石膏粉的制造方法”還公開了一種彩色的水泥碳酸鈣粉末的制備方法，但仍并非是制作納米級的彩色碳酸鈣粉，仍然是按照傳統(tǒng)的著色方法，所加入的碳酸鈣粉仍為白色的粉末，在制作水泥時加入染料來制作出彩色的水泥碳酸鈣粉末，仍沒有解決目前彩色塑料、彩色橡膠、彩色涂料、彩色紙張、彩色油墨等材料制備所存在的問題，仍需要另外添加染料來進行作色，這樣前面所述的問題仍然存在，因此仍有待進一步加以改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有彩色塑料、彩色橡膠、彩色涂料、彩色紙張、彩色油墨等材料制作過程中所存在的問題，提出一種新的彩色塑料、彩色橡膠、彩色涂料、彩色紙張、彩色油墨等材料，以及彩色跑材料用的輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣及其制備和使用方法，該彩色塑料、彩色橡膠、彩色涂料、彩色紙張、彩色油墨等材料，以及彩色跑材料用的輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣，可以免除制作過程中添加染料的麻煩，有效解決現(xiàn)有彩色塑料、彩色橡膠、彩色涂料、彩色紙張、彩色油墨等材料，以及彩色跑材料制備過程中的一些問題，也可以避免之前“彩色跑”粉末使用中所存在的粉塵爆炸問題。

為了達到這一目的，本發(fā)明提供了一種輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣，為彩色的碳酸鈣粉體，中心為納米或輕質(zhì)碳酸鈣粉體，在納米或輕質(zhì)碳酸鈣粉體外表面包覆一層彩色的染色劑，形成彩色輕質(zhì)或納米碳酸鈣粉末。

進一步地，所述的染色劑外表層外還包覆一層由表面改性劑改性所形成的表面改性層，形成一種中心為納米或輕質(zhì)碳酸鈣粉體。納米或輕質(zhì)碳酸鈣粉體外覆蓋有一層染色劑層，染色劑層外又包覆有一層通過表面改性劑改性所形成的表面改性層的無機非金屬基三重復(fù)合粉體材料。

進一步地，所述的納米或輕質(zhì)碳酸鈣粉體包括納米級碳酸鈣粉體或微米級輕質(zhì)碳酸鈣粉體。

一種輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣的生產(chǎn)方法，在常規(guī)的納米碳酸鈣粉末生產(chǎn)工藝中，增加濕法染色工藝，使得制備出來的碳酸鈣粉末為彩色的納米或輕質(zhì)碳酸鈣粉末。

進一步地，所述的濕法染色是在碳化后并增濃的漿液中加入相當于輕質(zhì)或納米碳酸鈣干粉質(zhì)量0.5%~2.0%的染色劑，通過控溫攪拌對一次原生輕質(zhì)或納米碳酸鈣粒子進行染色處理。

進一步地，所述的控溫攪拌是在室溫（20-40℃）狀態(tài)下，快速攪拌加入的所需染色劑，進行室溫染色30-60分鐘后；再加熱到60-90℃，繼續(xù)快速攪拌染色30-60分鐘，然后自然冷卻到常溫。

進一步地，所述的濕法染色后的輕質(zhì)或納米碳酸鈣粒子還將進行表面改性處理，所述的表面改性處理包括濕法改性處理和干法改性處理；所述表面改性處理是采用物理包覆、化學鍵合等方法對粉體表面進行處理,有目的地改變顆粒表面的物理化學特性，包括涂覆改性、沉淀反應(yīng)改性、表面化學改性。

進一步地，所述的彩色輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)工藝流程包括：石灰煅燒→生石灰消化→石灰乳精制→碳化→濕法染色→表面改性處理→過濾→干燥→解聚→包裝→產(chǎn)品。

進一步地，所述的碳化過程中控制石灰乳濃度在6%～16%、碳化起始溫度在10℃～25℃、碳化過程溫度30℃～50℃、二氧化碳濃度30%～99%之間，并在碳化過程中的石灰乳加入必要的晶型控制劑，確保生成的一次原生碳酸鈣粒子的粒徑在納米范圍內(nèi)；晶型控制劑的加入量為輕質(zhì)或納米碳酸鈣干粉質(zhì)量的0.3%~1.0%。

進一步地，所述的晶型控制劑為檸檬酸、雙氧水、乙醇、硫酸鹽、多聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、氯化鍶、六偏磷酸鈉、十二烷基磺酸鈉、edta和氫氧化鎂等。

一種輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣的應(yīng)用，將輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣用于彩色塑料、彩色橡膠、彩色涂料、彩色紙張、彩色油墨等材料制備中，作為染料和填充料加入；制作彩色塑料、彩色橡膠、彩色涂料、彩色紙張、彩色油墨材料時直接將帶有色彩的輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣按照所需的色彩替代染料加入，使得輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣與母料混合形成彩色塑料、彩色橡膠、彩色涂料、彩色紙張、彩色油墨材料。

一種輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣的應(yīng)用，將輕質(zhì)彩色活性碳酸鈣直接用來作為彩色跑用料。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本發(fā)明采取在制作輕質(zhì)或納米級碳酸鈣的過程中，通過濕法染色和濕法改性，直接制作出輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣，具有明顯的特點。

輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣（簡稱彩色納米鈣）是一種在百度、中國知網(wǎng)、中國專利網(wǎng)上都搜索不到任何信息的全新原創(chuàng)產(chǎn)品。具有三大基本特征：粒子是納米或亞納米級、濕法染色處理、濕法表面改性處理。其表觀性能是在水中不褪色、不掉色、不下沉，添加到塑料、橡膠等有機高分子材料中時具有良好的分散性。與普通的填料輕質(zhì)碳酸鈣（簡稱輕鈣，下同）混配染料不同的是，彩色納米鈣作為一種顏色的載體，添加1.0克左右的染料就可制得100克色彩繽紛的彩色納米鈣，因此對顏色具有放大效應(yīng)（100倍），可以大大節(jié)省染料的用量，而染料的價格通常是納米碳酸鈣的10-20倍，因此，雖然看起來彩色納米鈣比輕鈣要貴3-4倍，如果考慮到節(jié)省的染料用量的話，采用彩色納米鈣比使用輕鈣混配染料要大大降低生產(chǎn)成本，同時有利于簡化生產(chǎn)工藝、提高制品的質(zhì)量，并且表現(xiàn)出一些優(yōu)異的納米性能。當用于塑料、橡膠等行業(yè)，不僅可以直接制得色彩繽紛的各種彩色制品，而且可提高制品的強度、韌性、透明度等各種物理性能。

彩色輕質(zhì)碳酸鈣，產(chǎn)品為微米級，雖不具備納米特性，但作為一種染料載體，可節(jié)約染料用量，顯著降低成本。彩色輕鈣也具有三大基本特征：粒子是微米級、濕法染色處理、濕法表面改性處理。其表觀性能是在水中不褪色、不掉色、不下沉，添加到塑料、橡膠等有機高分子材料中時具有良好的分散性，但不具備納米特性。彩色輕鈣作為一種顏色的載體，添加0.5-1.0kg左右的染料就可制得100kg色彩繽紛的彩色輕鈣，因此對顏色具有放大效應(yīng)（100-200倍），具有更加顯著放大效應(yīng)，而染料是普通輕鈣價格的40-100倍，可以節(jié)省染料的用量，顯著降低成本。

彩色納米碳酸鈣作為一種顏色的載體，只要添加0.5%-2%的染料，就可制得彩色繽紛的彩色納米碳酸鈣填料，因此，對染料具有放大效應(yīng)，可顯著降低混煉過程中的染料用量。由于染料的價格通常是納米碳酸鈣價格的10~20倍，雖然表面上納米碳酸鈣單價是普通輕質(zhì)碳酸鈣單價的3-4倍，但實際上納米碳酸鈣+1%的染料的成本將低于普通輕質(zhì)碳酸鈣添加6-10%的染料的成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實施例的工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明另一個實施例的工藝流程圖；

圖3為本發(fā)明一個實施例的消化裝置示意圖；

圖4為本發(fā)明一個實施例的碳化裝置示意圖；

圖5為本發(fā)明一個實施例的染色及濕法活化裝置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例來進一步闡述本發(fā)明。

實施例一

一種藍色納米活性碳酸鈣，藍色納米活性碳酸鈣為納米粒子粉末，中心為納米級碳酸鈣粉體，在納米碳酸鈣粉體外表面通過濕法染色包覆一層藍色的染色劑，在藍色的染色劑外表層外還通過濕法改性包覆一層硬酯酸鈉改性劑改性所形成的表面改性層，形成一種中心為納米碳酸鈣粉體，納米碳酸鈣粉體外包覆有一層藍色染色劑層，藍色劑層外又包覆有一層通過硬酯酸鈉改性劑改性所形成的表面改性層的無機非金屬基三重復(fù)合藍色納米活性碳酸鈣。

藍色納米活性碳酸鈣的制備方法如下：

整個藍色納米活性碳酸鈣的制備工藝如附圖1所示，通過附圖1可以看出，藍色納米活性碳酸鈣的制備工藝的特點在于，在碳化增濃工藝后增加了濕法染色和濕法改性兩個工序，使得制備出來的納米活性碳酸鈣為彩色納米活性碳酸鈣。所述的藍色輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)工藝流程為：石灰煅燒→生石灰消化→石灰乳精制→碳化→濕法染色→濕法活化和分散處理→過濾→干燥→解聚→包裝→產(chǎn)品。

在制備過程中，所述的碳化過程中控制石灰乳濃度在6%～16%、碳化起始溫度在10℃～25℃、碳化過程溫度30℃～50℃、二氧化碳濃度30%～99%之間，并在碳化過程中加入納米碳酸鈣干粉質(zhì)量0.3%~1.0%的晶型控制劑，確保生成的一次原生碳酸鈣粒子的粒徑在納米范圍內(nèi)。晶型控制劑為檸檬酸、雙氧水、乙醇、硫酸鹽、多聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、氯化鍶、六偏磷酸鈉、十二烷基磺酸鈉、edta和氫氧化鎂中的一種。

所述的濕法染色是在碳化后已經(jīng)增濃的漿液中加入相當于納米碳酸鈣干粉質(zhì)量0.5%~2.0%的染料對一次原生輕質(zhì)（納米）碳酸鈣粒子進行染色處理。

具體制備方法如下：

如圖3所示，圖3是實施例易得一個實驗裝置示意圖，在消化裝置1中，加入1800ml溫度為70℃的熱水，開啟設(shè)置在支架4上的攪拌裝置2，然后分多次加入300g新鮮生石灰進行消化反應(yīng)。當消化反應(yīng)裝置中溫度計3的溫度不再上升時認為消化反應(yīng)基本結(jié)束，停止攪拌，將所得石灰乳在消化裝置中靜置陳化24h，最后用100目篩過濾，得到精制石灰乳5。

將精制石灰乳進行稀釋到質(zhì)量濃度為10%后轉(zhuǎn)入圖4所示的碳化裝置201中，碳化裝置201包括一個燒杯208，燒杯208放置在一個裝有冷卻水的冷卻裝置206內(nèi)，在燒杯208內(nèi)布置有二氧化碳分布器209；冷卻裝置206通過流水控制碳化溫度；碳化時開啟設(shè)置在支架204上的攪拌裝置202，同時開啟冷卻水裝置206，碳化起始溫度為15℃，并通過二氧化碳分布器209通入二氧化碳進行碳化反應(yīng)，二氧化碳的體積濃度為90%，通過溫度計203控制碳化體系的溫度在40℃以下；并通過酸度計207控制體系的ph，當體系的ph低于7時，停止碳化反應(yīng)，所得納米碳酸鈣熟漿（碳酸鈣干粉的質(zhì)量約為482g）在碳化裝置中再靜置陳化24h后，將上層清液導(dǎo)出，得到納米碳酸鈣濃漿205（碳酸鈣的質(zhì)量濃度約為20%）。

將碳酸鈣濃漿轉(zhuǎn)入圖5所示的濕法染色裝置301中進行染色反應(yīng)；濕法染色裝置301包括燒杯306，燒杯306放置在電加熱裝置305上，燒杯306內(nèi)插有溫度計303，并通過支架304安裝有攪拌裝置302；濕法染色時開啟攪拌裝置302，常溫下分批加入共4.82g（為碳酸鈣鈣質(zhì)量的1%）藍色酸性染料，30min后開啟電加熱裝置305，以每分鐘2℃的速度加熱，直到溫度達到80℃后停止加熱，并保溫在70~80℃之間30min，然后自然冷卻到常溫。然后，再次開啟攪拌裝置302，并將已經(jīng)染色完畢的藍色碳酸鈣漿液加熱到80℃，加入已經(jīng)事先配制好的硬酯酸鈉溶液，其中硬酯酸質(zhì)量約為9.64g，為碳酸鈣鈣質(zhì)量的2%，進行濕法表面改性處理，保溫在70~80℃之間30min，再自然冷卻到常溫，再經(jīng)過抽濾、干燥和磨粉，最后制得了納米碳酸鈣+藍色染色劑+表面改性劑的無機非金屬基三重復(fù)合新材料——藍色納米碳酸鈣。

這種制備出來的藍色納米碳酸鈣可以用來制備各種藍色的塑料、橡膠等有機高分子材料，制備時，只需按照色彩的需要確定所需要添加的藍色納米碳酸鈣和白色納米碳酸鈣的配比，即可制備出不同深淺藍色的塑料、橡膠等有機高分子材料。

實施例二

一種黃色納米活性碳酸鈣，黃色納米活性碳酸鈣為納米粒子粉末，中心為納米級碳酸鈣粉體，在納米碳酸鈣粉體外表面通過濕法染色包履一層黃色的染色劑，在黃色的染色劑外表層外還通過濕法改性包履一層水性聚乙烯乳液改性劑改性所形成的表面改性層，形成一種中心為納米碳酸鈣粉體，納米碳酸鈣粉體外包履有一層黃色劑層，黃色劑層外又包履有一層通過水性聚乙烯乳液改性劑改性所形成的表面改性層的無機非金屬基三重復(fù)合黃色納米活性碳酸鈣。

黃色納米活性碳酸鈣的制備方法如下：

整個黃色納米活性碳酸鈣的制備工藝如附圖1所示，通過附圖1可以看出，黃色納米活性碳酸鈣的制備工藝的特點在于，在碳化增濃工藝后增加了濕法染色和濕法改性兩個工序，使得制備出來的納米活性碳酸鈣為彩色納米活性碳酸鈣。具體制備方法如下：

如附圖3所示，圖3所示的消化裝置中，加入1200ml溫度為80℃的熱水，開啟攪拌裝置，然后分多次加入200g新鮮生石灰進行消化反應(yīng)。當消化反應(yīng)裝置中溫度不再上升時認為消化反應(yīng)基本結(jié)束，停止攪拌，將所得石灰乳在消化裝置中靜置陳化24h，最后用100目篩過濾，得到精制石灰乳。

將精制石灰乳進行稀釋到質(zhì)量濃度為12%后轉(zhuǎn)入圖4所示的碳化裝置中，開啟攪拌裝置和冷卻水裝置，碳化起始溫度為20℃，通入二氧化碳進行碳化反應(yīng)，二氧化碳的體積濃度為60%，控制碳化體系的溫度在40℃以下，當體系的ph低于7時，停止碳化反應(yīng)，所得納米碳酸鈣熟漿（碳酸鈣干粉的質(zhì)量約為321g）在碳化裝置中再靜置陳化24h后，將上層清液導(dǎo)出，得到納米碳酸鈣濃漿（碳酸鈣的質(zhì)量濃度約為20%）。

將碳酸鈣濃漿轉(zhuǎn)入圖5所示的濕法染色裝置中進行染色反應(yīng)，開啟攪拌裝置，常溫下分批加入共2.57g（為碳酸鈣鈣質(zhì)量的0.8%）黃色酸性染料，30min后開啟電加熱裝置，以每分鐘2℃的速度加熱，直到溫度達到80℃后停止加熱，并保溫在70~80℃之間20min，然后自然冷卻到常溫。然后，開啟攪拌裝置，并將已經(jīng)染色完畢的黃色碳酸鈣漿液加熱到80℃，加入已經(jīng)事先配制好的水性聚乙烯乳液，其中水性聚乙烯質(zhì)量約為4.82g，為碳酸鈣鈣質(zhì)量的1.5%，進行濕法表面改性處理，保溫在70~80℃之間30min，再自然冷卻到常溫，再經(jīng)過抽濾、干燥和磨粉，最后制得了納米碳酸鈣+黃色染色劑+表面改性劑的無機非金屬基三重復(fù)合新材料——黃色納米碳酸鈣。

這種制備出來的黃色納米碳酸鈣可以用來制備各種黃色的塑料、橡膠等有機高分子材料，制備時，只需按照色彩的需要確定所需要添加的黃色納米碳酸鈣和白色納米碳酸鈣的配比，即可制備出不同深淺黃色的塑料、橡膠等有機高分子材料。

實施例三

一種紅色輕質(zhì)活性碳酸鈣，紅色輕質(zhì)活性碳酸鈣為微米級粒子粉末，中心為微米級碳酸鈣粉體，在輕質(zhì)碳酸鈣粉體外表面通過濕法染色包履一層紅色的染色劑，在紅色的染色劑外表層外還通過濕法改性包履一層聚丙烯酸鈉改性劑改性所形成的表面改性層，形成一種中心為輕質(zhì)碳酸鈣粉體，輕質(zhì)碳酸鈣粉體外覆蓋有一層紅色劑層，紅色劑層外又包裹有一層通過聚丙烯酸鈉改性劑改性所形成的表面改性層的無機非金屬基三重復(fù)合紅色輕質(zhì)活性碳酸鈣。

紅色輕質(zhì)活性碳酸鈣的制備方法如下：

整個紅色輕質(zhì)活性碳酸鈣的制備工藝如附圖1所示，通過附圖1可以看出，紅色輕質(zhì)活性碳酸鈣的制備工藝的特點在于，在碳化增濃工藝后增加了濕法染色和濕法改性兩個工序，使得制備出來的輕質(zhì)活性碳酸鈣為彩色輕質(zhì)活性碳酸鈣。具體制備方法如下：

如附圖3所示，在圖3所示的消化裝置中，加入1800ml溫度為60℃的熱水，開啟攪拌裝置，然后分多次加入300g新鮮生石灰進行消化反應(yīng)。當消化反應(yīng)裝置中溫度不再上升時認為消化反應(yīng)基本結(jié)束，停止攪拌，將所得石灰乳在消化裝置中靜置陳化24h，最后用100目篩過濾，得到精制石灰乳。

將精制石灰乳進行稀釋到質(zhì)量濃度為16%后轉(zhuǎn)入圖4所示的碳化裝置中，開啟攪拌裝置，不開冷卻水裝置，碳化起始溫度為30℃，通入二氧化碳進行碳化反應(yīng)，二氧化碳的體積濃度為40%，當體系的ph低于7時，停止碳化反應(yīng)，所得輕質(zhì)碳酸鈣熟漿（碳酸鈣干粉的質(zhì)量約為482g）在碳化裝置中再靜置陳化24h后，將上層清液導(dǎo)出，得到輕質(zhì)碳酸鈣濃漿（碳酸鈣的質(zhì)量濃度約為20%）。

將碳酸鈣濃漿轉(zhuǎn)入圖5所示的濕法染色裝置中進行染色反應(yīng)，開啟攪拌裝置，常溫下分批加入共2.9g（為碳酸鈣鈣質(zhì)量的0.6%）紅色酸性染料，30min后開啟電加熱裝置，以每分鐘3℃的速度加熱，直到溫度達到80℃后停止加熱，并保溫在70~80℃之間20min，然后自然冷卻到常溫。然后，開啟攪拌裝置，并將已經(jīng)染色完畢的紅色碳酸鈣漿液加熱到80℃，加入聚丙烯酸鈉5.80g，為碳酸鈣鈣質(zhì)量的1.2%，進行濕法表面改性處理，保溫在70~80℃之間30min，再自然冷卻到常溫，再經(jīng)過抽濾、干燥和磨粉，最后制得了輕質(zhì)碳酸鈣+紅色染色劑+表面改性劑的無機非金屬基三重復(fù)合新材料——彩色輕質(zhì)碳酸鈣。

這種制備出來的紅色輕質(zhì)碳酸鈣可以用來制備各種藍色的塑料、橡膠等有機高分子材料，制備時，只需按照色彩的需要確定所需要添加的紅色輕碳酸鈣和白色輕質(zhì)碳酸鈣的配比，即可制備出不同深淺紅色的塑料、橡膠等有機高分子材料。

實施例四

一種彩色跑用彩色輕質(zhì)活性碳酸鈣，彩色輕質(zhì)活性碳酸鈣為微米級粒子粉末，中心為微米級碳酸鈣粉體，在微米級碳酸鈣粉體外表面通過濕法染色包履一層彩色的染色劑，再通過濕法表面改性處理，形成一種中心為微米碳酸鈣粉體，微米碳酸鈣粉體外包履有一層彩色染色劑層和偶聯(lián)劑的無機非金屬基三重復(fù)合彩色輕質(zhì)活性碳酸鈣。

彩色輕質(zhì)活性碳酸鈣的制備方法如下：

整個彩色輕質(zhì)活性碳酸鈣的制備工藝基本如附圖2所示。通過附圖2可以看出，彩色輕質(zhì)活性碳酸鈣的制備工藝的特點在于，碳化過程中基本上不控制碳化起始溫度和碳化過程溫度，也基本上不控制氫氧化鈣漿液的濃度，所得碳酸鈣粒子為微米級。在碳化增濃工藝后增加了濕法染色工序，使得制備出來的輕質(zhì)活性碳酸鈣為彩色輕質(zhì)活性碳酸鈣。干燥和解聚后加入一種或兩種偶聯(lián)劑，最終得到干法改性彩色輕質(zhì)碳酸鈣。所述的彩色輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)工藝流程為：石灰煅燒→生石灰消化→石灰乳精制→碳化→濕法染色→過濾→干燥→解聚→干法改性→包裝→產(chǎn)品。

在制備過程中，所述的碳化過程中控制石灰乳濃度在12%～18%、碳化起始溫度在20℃～30℃、碳化過程溫度60℃～90℃、二氧化碳濃度30%～99%。

所述的濕法染色是在碳化后的漿液中加入相當于輕質(zhì)碳酸鈣干粉質(zhì)量0.5%~2.0%的染料對一次原生輕質(zhì)碳酸鈣粒子進行染色處理。

具體制備方法如下：

如圖3所示，在消化裝置中，加入1800ml溫度為70℃的熱水，開啟攪拌裝置，然后分多次加入300g新鮮生石灰進行消化反應(yīng)。當消化反應(yīng)裝置中溫度不再上升時認為消化反應(yīng)基本結(jié)束，停止攪拌，將所得石灰乳在消化裝置中靜置陳化24h，最后用100目篩過濾，得到精制石灰乳。

將精制石灰乳進行稀釋到質(zhì)量濃度為16%后轉(zhuǎn)入圖4所示的碳化裝置中，開啟攪拌裝置，碳化起始溫度為25℃，通入二氧化碳進行碳化反應(yīng)，二氧化碳的體積濃度為35%，控制碳化體系的溫度在90℃以下，當體系的ph低于7時，停止碳化反應(yīng)，所得輕質(zhì)碳酸鈣熟漿（碳酸鈣干粉的質(zhì)量約為482g）在碳化裝置中再靜置陳化24h后，將上層清液導(dǎo)出，得到輕質(zhì)碳酸鈣濃漿（碳酸鈣的質(zhì)量濃度約為20%）。

將碳酸鈣濃漿轉(zhuǎn)入圖5所示的濕法染色裝置中進行染色反應(yīng)，開啟攪拌裝置，常溫下分批加入共2.92g（為碳酸鈣鈣質(zhì)量的0.6%）藍色酸性染料，30min后開啟電加熱裝置，以每分鐘2℃的速度加熱，直到溫度達到80℃后停止加熱，并保溫在70~80℃之間30min，然后自然冷卻到常溫。再經(jīng)過抽濾、干燥、磨粉，在捏合釜中加熱到110~120℃時，加入1.5~2.0%的鋁酸酯（鈦酸酯、磷酸酯、硬酯酸）偶聯(lián)劑之中的一種或兩種進行干法改性，最后制得了輕質(zhì)碳酸鈣+藍色染色劑+偶聯(lián)劑的無機非金屬基三重復(fù)合新材料——彩色輕質(zhì)活性碳酸鈣，其工藝流程圖如圖2所示。

這種制備出來的彩色輕質(zhì)活性碳酸鈣可以直接用于制作彩色跑用料。

很顯然，應(yīng)理解這些實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀本發(fā)明后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本發(fā)明采取在制作納米或輕質(zhì)碳酸鈣的過程中，通過濕法染色、濕法改性或干法改性，直接制作出彩色納米或輕質(zhì)碳酸鈣，具有明顯的優(yōu)勢。

輕質(zhì)或納米級彩色活性碳酸鈣（簡稱彩色納米鈣）是一種在百度、中國知網(wǎng)、中國專利網(wǎng)上都搜索不到任何信息的全新原創(chuàng)產(chǎn)品。具有三大基本特征：粒子是納米或亞納米級、濕法染色處理、濕法表面改性處理。其表觀性能是在水中不褪色、不掉色、不下沉，添加到塑料、橡膠等有機高分子材料中時具有良好的分散性。與普通的填料輕質(zhì)碳酸鈣（簡稱輕鈣，下同）混配染料不同的是，彩色納米鈣作為一種顏色的載體，添加1.0克左右的染料就可制得100克色彩繽紛的彩色納米鈣，因此對顏色具有放大效應(yīng)（100倍），可以大大節(jié)省染料的用量，而染料的價格通常是納米碳酸鈣的10-20倍，因此，雖然看起來彩色納米鈣比輕鈣要貴3-4倍，如果考慮到節(jié)省的染料用量的話，采用彩色納米鈣比使用輕鈣混配染料要大大降低生產(chǎn)成本，同時有利于簡化生產(chǎn)工藝、提高制品的質(zhì)量，并且表現(xiàn)出一些優(yōu)異的納米性能。當用于塑料、橡膠等行業(yè)，不僅可以直接制得色彩繽紛的各種彩色制品，而且可提高制品的強度、韌性、透明度等各種物理性能。

彩色輕質(zhì)碳酸鈣，產(chǎn)品為微米級，雖不具備納米特性，但作為一種染料載體，可節(jié)約染料用量，顯著降低成本。彩色輕鈣也具有三大基本特征：粒子是微米級、濕法染色處理、濕法表面改性處理。其表觀性能是在水中不褪色、不掉色、不下沉，添加到塑料、橡膠等有機高分子材料中時具有良好的分散性，但不具備納米特性。彩色輕鈣作為一種顏色的載體，添加0.5-0.8kg左右的染料就可制得100kg色彩繽紛的彩色輕鈣，因此對顏色具有放大效應(yīng)（100-200倍），具有更加顯著放大效應(yīng)，而染料是普通輕鈣價格的40-100倍，可以節(jié)省染料的用量，顯著降低成本。

彩色納米碳酸鈣作為一種顏色的載體，只要添加0.5%-2%的染料，就可制得彩色繽紛的彩色納米碳酸鈣填料，因此，對染料具有放大效應(yīng)，可顯著降低混煉過程中的染料用量。由于染料的價格通常是納米碳酸鈣價格的10-20倍，雖然表面上納米碳酸鈣單價是普通輕質(zhì)碳酸鈣單價的3-4倍，但實際上納米碳酸鈣+1%的染料的成本將低于普通輕質(zhì)碳酸鈣+6-10%的染料的成本。

歸結(jié)起來，彩色納米碳酸鈣具有五大特點：

一是原創(chuàng)產(chǎn)品。彩色納米碳酸鈣在百度、中國知網(wǎng)、專利檢索等三大檢索中都檢索不到任何內(nèi)容，可見，這是一種填補了國內(nèi)空白的原創(chuàng)產(chǎn)品。

二是顯著降低成本。彩色納米鈣作為一種顏色的載體，只要添加相當于納米碳酸鈣干粉質(zhì)量0.5%~2%的染料，就可制得100～200倍于染料數(shù)量的彩色繽紛的彩色納米碳酸鈣填料，因此，對染料具有放大效應(yīng)，可顯著降低混煉過程中的染料用量，降低生產(chǎn)成本，使彩色納米鈣的使用成本要低于普通輕鈣+干法混配染料的使用成本。彩色輕鈣的使用成本只有普通輕鈣+干法混配染料的使用成本的三分之一，或者是彩色玉米粉使用成本的二分之一。

三是具有納米效應(yīng)。彩色納米鈣還具備納米粉體的量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等納米特性，可以提高所填充的塑料制品、橡膠制品的強度、韌性、透明度等物理性能，將顯著提高各種制品性價比。此外，由于彩色納米鈣已經(jīng)進行了染色、表面活化和分散處理，用戶使用過程中更加方便快捷，一般生產(chǎn)普通輕鈣的利潤不會超過100元/噸，而生產(chǎn)彩色納米鈣的利潤可達800～1000元/噸，使彩色納米鈣達到普通輕鈣利潤的8～10倍，具有很高的性價比，應(yīng)用潛力很大；生產(chǎn)彩色輕鈣的利潤更高，但沒有納米特性，只能用于普通制品。

四、高效節(jié)能環(huán)保。一是彩色納米（輕質(zhì)）碳酸鈣生產(chǎn)過程中沒有強酸強堿、或有毒有害物質(zhì)參與，產(chǎn)品為中性；二是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水廢氣廢渣基本上可實現(xiàn)循環(huán)利用或綜合利用，因此基本上不會排放有毒有害的三廢，具有高效環(huán)保節(jié)能的特點。

五、三是彩色輕質(zhì)碳酸鈣對人體和環(huán)境無害，安全環(huán)保，可顯著降低成本，且沒有粉塵爆炸危險，是彩色跑活動中取代彩色玉米粉的理想材料。