一種球形納米碳酸鈣的制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種球形納米碳酸鈣的制備方法，包括以下步驟：(1)將氟化鈣、氯化鈣、硝酸鈣中的一種或幾種溶于水配置成Ca2+為1～5mol/L的溶液，調PH至4～5，形成溶液A；(2)將鈦酸四乙酯按照1:1～1:4的體積比溶于乙醇，形成溶液B；(3)將碳酸銨或碳酸氫銨溶于水，形成濃度為1～5mol/L的溶液C；(4)將A、B溶液以5:1～10:1體積比混合形成溶液D，置于300MHz～300GHz微波中，以0.1～10ml/min將溶液C滴至溶液D，繼續反應10～30min；(5)過濾，水洗；(6)醇洗，在400～600℃加熱1～4h，研磨粉碎，得到最終產品。本發明能夠提高產品的白度和表面強度。
【專利說明】
一種球形納米碳酸鈣的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工業填料領域，尤其涉及一種球形納米碳酸鈣的制備方法。
【【背景技術】】
[0002]碳酸鈣是目前用途最廣泛的化工產品，作為一種性能優良的添加劑和補強劑，被廣泛應用于橡膠、塑料、造紙、涂料、紡織、油墨、牙膏、化妝品、日用品、食品、醫藥等工業，可以提尚制品的耐熱性、耐磨性、尺寸穩定性、剛度及可加工性，改善制品的表面色澤度，提尚制品的綜合力學性能，并降低制品的成本。自從自造工業從酸性造紙工藝轉向堿性或中性造紙工藝，造紙行業中大量使用廉價的碳酸鈣代替以往的滑石和瓷土，碳酸鈣加入紙張涂覆料中可以提高涂覆層的光澤、百度、不透明度、油吸收性、平滑度、抗老化性和耐菌性。隨著造紙行業的發展，對作為白色填充劑的碳酸鈣提出了更高的要求，如要求粒度更加細小、均勻，能夠更好地提高白度和表面強度。
[0003]因此，開發新的方法制備性能優異的碳酸鈣，以滿足造紙行業對白色填充劑越來越高的要求，是十分具有經濟價值的。
【
【發明內容】
】
[0004]針對現有技術中的上述問題，本發明提供一種球形納米碳酸鈣的制備方法，能夠制備平均粒徑為50?10nm的球形碳酸鈣，能夠進一步提高紙張的白度和表面強度。
[0005]本發明的技術方案是:
[0006]—種球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007](I)將氟化鈣、氯化鈣、硝酸鈣中的一種或幾種溶于水配置成Ca2+濃度為I?5mol/L的溶液，加硝酸將溶液的PH調至4?5，形成溶液A;
[0008](2)將鈦酸四乙酯按照1:1?1:4的體積比溶于乙醇，形成溶液B;
[0009](3)將碳酸銨或碳酸氫銨溶于水，形成碳酸銨或碳酸氫銨濃度為I?5mol/L的溶液C；
[0010](4)將A、B溶液按照5:1?1:1的體積比混合形成溶液D，置于頻率為300MHz?300GHz微波環境中，以0.1?10ml/min的滴速將溶液C滴加至溶液D，滴加完畢后繼續反應10?30min;在微波擾動下，C溶液中的碳酸根離子將D溶液中的鈣和鈦沉淀出來，且C溶液的適當滴速和堿性環境，控制顆粒形成球形形貌；
[0011](5)將步驟(4)所得的混合物過濾，將濾餅水洗至PH為6?7 ；
[0012](6)將步驟(5)所得的濾餅醇洗，在400?600 °C加熱I?4h，研磨粉碎，得到最終產品O
[0013]具體的，上述步驟(4)中A、B溶液的體積比為8:1?1:1。適當的鈦酸四乙酯的加入可以改善產品的白度，但是過多的加入量會增加成本并影響顆粒形貌的均勻性。
[0014]具體的，上述步驟(4)的微波環境的頻率為2400?2500MHz。
[0015]具體的，上述步驟(4)的溶液C的滴速為I?5ml/min。滴速和頻率很大程度上決定了產品顆粒的大小。
[0016]具體的，上述步驟(6)的加熱溫度為450?500°C，加熱時間為2?3h。加熱處理后的產品結構更穩定，有利于提高防潮、防腐蝕、防火性能。
[0017]具體的，上述步驟(6)的醇洗為乙醇清洗。乙醇無毒、易得、后處理簡單，不影響產品性能，適于工業化應用。
[0018]具體的，上述最終產品的形貌為球形。球形形貌可以提高分散性、均勻性以及對光的反射和散射，有利于提高產品的白度、強度、防潮、防腐蝕、防火性能。
[0019]具體的，上述最終產品的平均粒徑為50?lOOnm。所述平均粒徑是累計粒度分布百分數達到50%時所對應的粒徑，在該范圍內的產品的分散性好，過大或過小的粒徑均不利于分散，且可能會降低白度。
[0020]具體的，上述最終產品的的亨特白度為95.0?99.99。亨特白度越高，作為填料得到的廣品白度就更尚。
[0021]本發明具有以下有益的技術效果:
[0022]I)本發明能夠制備出平均粒徑為50?10nm的球形碳酸鈣，亨特白度為95.0?99.99,能夠提高白度和表面強度，利于制造高品質的紙張；2)本發明在頻率為300MHz?300GHz微波環境中進行沉淀結晶，顆粒的成分更為均勻，粒徑分布更集中，且能耗不高，有利于生產成本的控制；3)本發明通過鈦酸四乙酯將部分二氧化鈦均勻添加至產品中，有利于進一步提尚廣品的白度;4)本發明的廣品具有球形形貌，在有機物中的分散性更好，對光的反射和散射更加均勻，因此白度更高，質輕且強度高，同時防潮、防腐蝕、防火效果均得到一定的提升，有利于作為高品質紙張的填料。
【【具體實施方式】】
[0023]以下結合具體實施例，對本發明做進一步描述。
[0024]以下所提供的實施例并非用以限制本發明所涵蓋的范圍，所描述的步驟也不是用以限制其執行順序。本領域技術人員結合現有公知常識對本發明做顯而易見的改進亦落入本發明要求的保護范圍之內。
[0025]實施例一
[0026]—種球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0027](I)將氟化鈣溶于水配置成Ca2+濃度為lmol/L的溶液，加硝酸將溶液的PH調至4?5，形成溶液A;
[0028](2)將鈦酸四乙酯按照1:1的體積比溶于乙醇，形成溶液B;
[0029](3)將碳酸銨或碳酸氫銨溶于水，形成碳酸銨或碳酸氫銨濃度為lmol/L的溶液C;
[0030](4)將A、B溶液按照5:1的體積比混合形成溶液D，置于頻率為300MHz微波環境中，以0.lml/min的滴速將溶液C滴加至溶液D，滴加完畢后繼續反應10?30min;
[0031](5)將步驟(4)所得的混合物過濾，將濾餅水洗至PH為6?7;
[0032](6)將步驟(5)所得的濾餅用乙醇清洗，在400°C加熱4h，研磨粉碎，得到最終產品。
[0033]經過測定，最終產品的平均粒徑為100nm，外觀呈球形，亨特白度為99.36，以該產品為填料的紙張的表面強度比相同條件下以常規輕質鈣為填料的紙張提高約10%(拉毛速度增加了約10%)。
[0034]實施例二
[0035]—種球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0036](I)將氯化鈣溶于水配置成Ca2+濃度為3mo VL的溶液，加硝酸將溶液的PH調至4?5，形成溶液A;
[0037](2)將鈦酸四乙酯按照1:2的體積比溶于乙醇，形成溶液B;
[0038](3)將碳酸銨或碳酸氫銨溶于水，形成碳酸銨或碳酸氫銨濃度為3mol/L的溶液C;
[0039](4)將A、B溶液按照8:1的體積比混合形成溶液D，置于頻率為2400MHz微波環境中，以lml/min的滴速將溶液C滴加至溶液D，滴加完畢后繼續反應10?30min;
[0040](5)將步驟(4)所得的混合物過濾，將濾餅水洗至PH為6?7;
[0041](6)將步驟(5)所得的濾餅用乙醇清洗，在450°C加熱3h，研磨粉碎，得到最終產品。
[0042]經過測定，最終產品的平均粒徑為90nm，外觀呈球形，亨特白度為98.56，以該產品為填料的紙張的表面強度比相同條件下以常規輕質鈣為填料的紙張提高約10% (拉毛速度增加了約10%)。
[0043]實施例三
[0044]—種球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0045](I)將硝酸鈣溶于水配置成Ca2+濃度為3mol/L的溶液，加硝酸將溶液的PH調至4?5，形成溶液A;
[0046](2)將鈦酸四乙酯按照1:4的體積比溶于乙醇，形成溶液B;
[0047](3)將碳酸銨或碳酸氫銨溶于水，形成碳酸銨或碳酸氫銨濃度為3mol/L的溶液C;
[0048](4)將A、B溶液按照9:1的體積比混合形成溶液D，置于頻率為2500MHz微波環境中，以5ml/min的滴速將溶液C滴加至溶液D，滴加完畢后繼續反應10?30min;
[0049](5)將步驟(4)所得的混合物過濾，將濾餅水洗至PH為6?7;
[0050](6)將步驟(5)所得的濾餅用乙醇清洗，在500°C加熱2h，研磨粉碎，得到最終產品。[0051 ]經過測定，最終產品的平均粒徑為78nm，外觀呈球形，亨特白度為97.06，以該產品為填料的紙張的表面強度比相同條件下以常規輕質鈣為填料的紙張提高約10% (拉毛速度增加了約10%)。
[0052]實施例四
[0053]一種球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0054](I)將氟化鈣和氯化鈉按照1:1的摩爾比溶于水配置成Ca2+濃度為5mol/L的溶液，加硝酸將溶液的PH調至4?5，形成溶液A;
[0055](2)將鈦酸四乙酯按照1:4的體積比溶于乙醇，形成溶液B;
[0056](3)將碳酸銨或碳酸氫銨溶于水，形成碳酸銨或碳酸氫銨濃度為5mol/L的溶液C;
[0057](4)將A、B溶液按照10:1的體積比混合形成溶液D，置于頻率為300MHz微波環境中，以10ml/min的滴速將溶液C滴加至溶液D，滴加完畢后繼續反應10?30min;
[0058](5)將步驟(4)所得的混合物過濾，將濾餅水洗至PH為6?7;
[0059 ] (6)將步驟(5)所得的濾餅醇洗，在600 °C加熱Ih，研磨粉碎，得到最終產品。
[0060]經過測定，最終產品的平均粒徑為50nm，外觀呈球形，亨特白度為95.0，以該產品為填料的紙張的表面強度比相同條件下以常規輕質鈣為填料的紙張提高約10% (拉毛速度增加了約10%)。
【主權項】
1.一種球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將氟化鈣、氯化鈣、硝酸鈣中的一種或幾種溶于水配置成Ca2+濃度為I?5mol/L的溶液，加硝酸將溶液的PH調至4?5，形成溶液A; (2)將鈦酸四乙酯按照1:1?1:4的體積比溶于乙醇，形成溶液B; (3)將碳酸銨或碳酸氫銨溶于水，形成碳酸銨或碳酸氫銨濃度為I?5mol/L的溶液C; (4)將A、B溶液按照5:1?10:1的體積比混合形成溶液D，置于頻率為300MHz?300GHz微波環境中，以0.1?10ml/min的滴速將溶液C滴加至溶液D，滴加完畢后繼續反應10?30min; (5)將步驟(4)所得的混合物過濾，將濾餅水洗至PH為6?7; (6)將步驟(5)所得的濾餅醇洗，在400?600°C加熱I?4h，研磨粉碎，得到最終產品。2.根據權利要求1所述的球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中A、B溶液的體積比為8:1?1:1。3.根據權利要求1所述的球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)的微波環境的頻率為2400?2500MHz。4.根據權利要求1所述的球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)的溶液C的滴速為I?5ml/min。5.根據權利要求1所述的球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)的加熱溫度為450?500 °C，加熱時間為2?3h。6.根據權利要求1所述的球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)的醇洗為乙醇清洗。7.根據權利要求1所述的球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，所述最終產品的形貌為球形。8.根據權利要求1所述的球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，所述最終產品的平均粒徑為50?lOOnm。9.根據權利要求1所述的球形納米碳酸鈣的制備方法，其特征在于，所述最終產品的的亨特白度為95.0?99.99。
【文檔編號】B82Y30/00GK105967214SQ201610489076
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】袁陸峰, 張文凱
【申請人】張文凱