專利名稱：一種制備納米包覆復合碳酸鈣的方法
一種制備納米包覆復合碳酸鈣的方法
技術領域：
本發明涉及械研磨方式制備納米碳酸鈣(輕鈣)與重質碳酸鈣復合粉體的 新方法。背景技術：
顆粒的制備方法主要有物理和化學兩種物理(機械粉碎)方法制備的顆 粒成本低，顆粒的平均粒徑較大；化學法制備的顆粒成本高，粒徑較小。
將碳酸鈣成分的白色礦石粉碎得到的粉體稱之為重質碳酸鈣(重鈣)。將石 灰石煅燒成石灰，然后加水制成氫氧化鈣溶液，再將煅燒時形成的二氧化碳凈 化后通入氫氧化鈣溶液，控制反應條件可以得到不同類型的納米級原始粒徑的 碳酸鈣(輕鈣)。長期以來，重鈣和輕鈣是現代化學建材、橡膠、塑料、造紙、 涂料、油墨、日用化工、詞料、食品、醫藥等行業不可缺少的輔助填充材料。
重鈣的生產特點是工藝簡單，成本低廉；^粒粗大、堆積密度高，優點是 吸油值低、流動性好。輕鈣特點是工藝流程復雜、成本高；顆粒細膩，可以控 制在數十或數百納米的量級上，如果將重鈣研磨到這個細度，能耗巨大，幾乎 是不可能的。納米級輕鈣在干燥過程中極容易團聚形成難于分散的大顆粒，造 成納米級輕鈣的使用受到限制。
本發明的目的就是綜合兩種產品優缺點，揚長避短，探索一條制備納米碳 酸鈣與重質碳酸鈣復合粉體的方法。本申請的發明人在清華大學期間曾研究出 了《一種微米顆粒表面納米改性方法》、《一種重質碳酸鈣表面包覆納米碳酸鈣 的方法》等多項相關專利，其中，《一種微米顆粒表面納米改性方法》于2006 年7月12日授權公告，授權公告號為CN1263808C，《一種重質碳酸鈣表面包覆納米碳酸鈣的方法》于2005年6月29日授權公告，授權公告號為CN1208399C。這些專利的特點是將重鈣顆粒放入氫氧化鈣溶液中通入二氧化碳一起碳化，將生成的納米碳酸鈣沉積生長在重質碳酸鈣顆粒的表面。這種復合顆粒既保存了重質碳酸鈣顆粒的低成本特性，同時其表面又被納米的輕質碳酸鈣所改性，形成表面的復合結構，從而具有與聚合物良好的結合性。但是，這種方法制得的復合顆粒混合均勻度還不夠高，納米級輕鈣分散較困難，產品吸油值較高，細度和流動性較差。
發明內容
本發明的目的就是解決現有技術中的問題，提出一種制備納米包覆復合碳酸鈣的方法，能夠提高復合顆粒混合均勻度，提高產品細度和流動性。
為實現上述目的，本發明提出了一種制備納米包覆復合碳酸轉的方法，依
次包括以下步驟
① 配制氫氧化鈣溶液，向懸浮液中通入二氧化碳與空氣的混合氣體，對氫
氧化鈣溶液進行碳化得到50-500納米粒徑的納米碳酸鈣漿料，并將納米碳酸鈣
漿料濃縮到10_20%的濃度；
② 將濃縮的納米碳酸鈣漿料與重質碳酸鈣原料混合，采用球磨或攪拌研磨
方式制得微米級重質碳酸鈣與納米碳酸鈣的復合粉體漿料，粒徑在0. 05 10 ii m范圍內；
③ 將上述復合粉體漿料脫水干燥，制得納米碳酸鈣顆粒包覆重質碳酸鈣的復合粉體。
作為優選，配制的氫氧化鈣溶液的濃度為1 20% 。作為優選，在碳化反應開始時還加入添加劑。
作為優選，所述添加劑為螯合劑或有機多磷酸鹽，添加量在溶液總量的0. 01 3%范圍內。作為優選，混合氣體中二氧化碳質量分數為10 80%，反應溫度控制在20 40。C。
作為優選，重質碳酸鈣原料的細度為320-1250目。
作為優選，復合粉體漿料的固含量濃度控制在50-80%，重質碳酸鈣與納米碳酸鈣的比例控制在1:0. 05-1:0. 5的范圍內。
本發明的有益效果本發明將納米級輕鈣漿料在脫水干燥之前與重鈣粉體混合在一起研磨，做到高均勻度的混合，形成復合漿料；這種復合漿料在干燥過程中，將借助納米輕鈣顆粒的強吸附性和團聚性緊緊地包覆在微米級重鈣顆粒的表面，解決了納米級輕鈣分散的困難。同時納米輕鈣和微米重鈣的復合降低了復合后最終產品的吸油值，提高了細度和流動性，兼備了納米碳酸鈣和微米碳酸鈣的共同優點。
本發明的特征及優點將通過實施例進行詳細說明。具體實施方式
本發明中的納米碳酸鈣與重質碳酸鈣復合顆粒的制備過程中可控制的因素
有
納米碳酸鈣合成階段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。
納米碳酸鈣與重鈣混合研磨階段①重質碳酸鈣的平均粒徑；②復合漿料的濃度；③重鈣和輕鈣的混合比例。
本發明中的納米碳酸鈣一重質碳酸鈣復合顆粒的制備是在1 20%氫氧化鈣溶液中，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；濃度越低，動力消耗越高，所需的設備容器體積增大。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。加入一定量的重質碳酸鈣及O. 01 3%的有機多磷酸鹽添加劑，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。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。添加劑種類還可以是螯合劑。在攪拌力作用下配成懸浮液，攪拌速度為l-10m/s，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。溶液溫度控制在0 30°C。然后通入質量分數為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。
將復合粉體漿料的固含量濃度控制在50-80%、重鈣與輕鈣的比例控制在1:0.05-1:0.5范圍內，選用濕法球磨機、振動磨或攪拌磨對以上漿料進行超細研磨制備復合漿料。復合漿料的細度可以控制在0.05-10微米的范圍內。將復合槳料脫水干燥打散后即制得新一類納米包覆復合的碳酸鈣。
實施例一
在1立方米的反應釜中加入500升8%氫氧化鈣溶液，攪拌速度為50rpm，再加入50g有機多磷酸鹽添加劑，溶液溫度控制在2(TC。然后通入二氧化碳，其質量分數為30%，當pH值達8時停止通氣。沉淀濃縮后得到納米碳酸鈣漿料。
將200公斤400目機械粉碎的重鈣粉體投入2立方米球磨機，研磨3小時，得到粒度上限為10 um的復合碳酸鈣漿料。選用板框壓濾機對漿料進行脫水處理，將濾餅在箱式干燥器中12(TC干燥5小時，用萬能粉碎機打散即制得納米包覆復合碳酸鈣粉體。
實施例二
在5立方米的反應釜中加入3立方米15%氫氧化鈣溶液，攪拌速度為30rpm，再加入1250g有機多磷酸鹽添加劑，溶液溫度控制在25'C。然后通入二氧化碳，其質量分數為25%,當pH值達8時停止通氣。沉淀濃縮后得到納米碳酸鈣漿料。將1000公斤800目機械粉碎的重鈣粉體投入5立方米攪拌桶，混合均勻后
用螺桿泵打入500升高速攪拌磨研磨2小時，得到粒度上限為6 u m的復合碳酸
鈣漿料。加入硬脂酸鈉為表面改性劑在6(TC的溫度下改性處理后，選用板框壓
濾機對漿料進行脫水處理，將濾餅在箱式干燥器中120'C干燥6小時，用萬能粉
碎機打散即制得改性納米包覆復合碳酸鈣粉體。
雖然本發明已通過參考優選的實施例進行了圖示和描述，但是，本專業普
通技術人員應當了解，在權利要求書的范圍內，可作形式和細節上的各種各樣變化。
權利要求
1.一種制備納米包覆復合碳酸鈣的方法，其特征是依次包括以下步驟①配制氫氧化鈣溶液，向懸浮液中通入二氧化碳與空氣的混合氣體，對氫氧化鈣溶液進行碳化得到50-500納米粒徑的納米碳酸鈣漿料，并將納米碳酸鈣漿料濃縮到10-20％的濃度；②將濃縮的納米碳酸鈣漿料與重質碳酸鈣原料混合，采用球磨或攪拌研磨方式制得微米級重質碳酸鈣與納米碳酸鈣的復合粉體漿料，粒徑在0.05～10μm范圍內；③將上述復合粉體漿料脫水干燥，制得納米碳酸鈣顆粒包覆重質碳酸鈣的復合粉體。
2. 如權利要求1所述的一種制備納米包覆復合碳酸鈣的方法，其特征是配制 的氫氧化鈣溶液的濃度為1 20% 。
3. 如權利要求1所述的一種制備納米包覆復合碳酸鈣的方法，其特征是在碳 化反應開始時還加入添加劑。
4. 如權利要求3所述的一種制備納米包覆復合碳酸鈣的方法，其特征是所述 添加劑為螯合劑或有機多磷酸鹽，添加量在溶液總量的0. 01 3%范圍內。
5. 如權利要求1所述的一種制備納米包覆復合碳酸鈣的方法，其特征是混合 氣體中二氧化碳質量分數為10 80%，反應溫度控制在20 4(TC。
6. 如權利要求1所述的一種制備納米包覆復合碳酸鈣的方法，其特征是重質 碳酸鈣原料的細度為320-1250目。
7. 如權利要求1至6中任一項所述的一種制備納米包覆復合碳酸鈣的方法，其 特征是復合粉體漿料的固含量濃度控制在50-80%，重質碳酸鈣與納米碳酸 鈣的比例控制在1:0. 05-1:0. 5的范圍內。
全文摘要
本發明公開了一種制備納米包覆復合碳酸鈣的方法，將機械粉碎與反應生成的納米級碳酸鈣在粉碎過程中高均勻度地混合在一起，形成表面包覆納米級顆粒的復合碳酸鈣粉體。本發明將納米級輕鈣漿料在脫水干燥之前與重鈣粉體混合在一起研磨，做到高均勻度的混合，形成復合漿料；這種復合漿料在干燥過程中，將借助納米輕鈣顆粒的強吸附性和團聚性緊緊地包覆在微米級重鈣顆粒的表面，解決了納米級輕鈣分散的困難。同時納米輕鈣和微米重鈣的復合降低了復合后最終產品的吸油值，提高了細度和流動性，兼備了納米碳酸鈣和微米碳酸鈣的共同優點。
文檔編號C09C1/02GK101560335SQ200910098908
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月25日 優先權日2009年5月25日
發明者楊玉芬, 蓋國勝 申請人:長興清華粉體及新材料工程中心有限公司