专利名称：片状轻质碳酸钙及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种片状轻质碳酸钙及其制备方法，具体地说，是一种可以用于造纸涂料的片状轻质碳酸钙及其制备方法。
背景技术：
碳酸钙是重要的无机化工产品，常作填料，广泛应用于橡胶、塑料、涂料、造纸和油墨等作业。片状碳酸钙主要用于纸张涂布，可增加纸张的光洁度和平整度，是造纸用高岭土的理想替代品。
普通碳酸钙通常以石灰石为原料，经过煅烧制得生石灰，然后生石灰加水消化并吸收二氧化碳进行碳化，最后脱水、干燥得到产品。
片状碳酸钙的制备方法主要分为两步法和一步法。两步法是指在液相条件下，首先用二氧化碳将石灰乳碳化到一定程度，控制条件得到片状的中间产物，分离出来，在不改变已形成晶形的前提下，继续碳化，完成后半段的碳化反应，最终得到片状碳酸钙。
两步法的不足之处在于一是反应过程分两步进行，比较繁琐，且第二步碳化工艺能耗较多；二是要在碳化过程中得到片状中间物以及在第二阶段碳化又不使晶形遭到破坏，条件难以控制，得到的产品质量不稳定。
一步法是指象制备普通沉淀碳酸钙一样，碳化工艺一步完成，其特点是在碳化过程中在适当时间加入晶形控制剂得到片状碳酸钙。日本专利特开平5-116936公开了在碳化过程中加入有机膦化物作为晶形控制剂的同时，加入水溶性的碱土金属盐起协同作用，这一方法得到的片状碳酸钙用于造纸，使纸张性能有较大改善，但是由于添加的有机膦化物毒性较大，且价格昂贵，所以该方法在工业化方面受到限制。
袁伟、金蠢在《精细化工》1998年No.2中报道，采用价廉、低毒的硼化物作为晶形控制剂，也可以得到片状碳酸钙。但得率较低，稳定性差，径厚比小。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种片状轻质碳酸钙及其制备方法和应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的片状轻质碳酸钙的制备方法，包括如下步骤以片状Zr(HPO4)2为晶种，将片状Zr(HPO4)2加入到重量浓度为2～20％Ca(OH)2浆料中，片状Zr(HPO4)2的加入量为Ca(OH)2重量的0.5～5％(绝干/绝干)，通入含有CO2的气体碳化，碳化温度为10～90℃，CO2的气体的体积浓度为10～100％，碳化到浆料的pH为6.5-7.5时碳化结束，得到片状轻质碳酸钙；所说的片状Zr(HPO4)2为的直径为0.3-1.0μm，径厚比为6∶1---10∶1。
所说的片状Zr(HPO4)2，的制备方法，包括如下步骤将可溶性锆盐的水溶液与可溶性磷酸二氢盐的水溶液反应制备得到Zr(HPO4)2凝胶浆料，将Zr(HPO4)2凝胶浆料加热至沸腾，沸腾回流5-20小时，过滤、洗涤，得到片状Zr(HPO4)2。
所述的可溶性锆盐的水溶液的浓度为0.2-2.0mol/l，可溶性磷酸二氢盐的水溶液的浓度为0.2-2.0mol/l。
所述的可溶性锆盐选自ZrOCl28H2O、Zr(SO4)24H2O中的一种或两种以上。
所述的可溶性磷酸二氢盐选自磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的一种或两种以上。
所述的可溶性锆盐与可溶性磷酸二氢盐的摩尔比为1∶1-1∶1.3。
所述的片状轻钙的直径为0.5-10μm，径厚比为20∶1---80∶1。
本技术制备的片状轻质碳酸钙适合于做纸张涂料，用片状轻钙纸张制成的涂料用于纸张涂布，制成的纸页具有良好的光泽度、平滑度、不透明度和印刷适应性。
本技术的优点是采用片状晶种工艺，制备的片状轻钙粒度分布均匀，工艺简单，工艺稳定性好；晶形控制剂价廉、无毒。
图1为产品的电镜照片。
具体实施方法实施例1将1m31.2mol/L的ZrOCl28H2O水溶液与1m31.2mol/L的磷酸二氢钠水溶液反应制备得到Zr(HPO4)2凝胶浆料，将Zr(HPO4)2凝胶浆料放入带有回流冷凝器的3m3反应釜中，然后加热至沸腾，沸腾回流5小时，过滤、洗涤，得到片状Zr(HPO4)2，得到含固量为30％的滤饼1020kg。用扫描电子显微镜观察片状Zr(HPO4)2直径为0.5μm，径厚比为8∶1。
以片状Zr(HPO4)2为晶种，将30kg片状Zr(HPO4)2滤饼加入到5吨10％Ca(OH)2浆料中，通入含有体积浓度为10％的CO2的气体碳化，碳化时的温度为50℃，碳化到pH为7.0时碳化结束，将片状轻钙浆料过滤得到含固量60.0％片状轻钙滤饼790kg。用扫描电子显微镜观察片状轻钙直径为2μm，径厚比为25∶1。
实施例2将1m32.0mol/L的Zr(SO4)24H2O水溶液与1m32.0mol/L的磷酸二氢钾水溶液反应制备得到Zr(HPO4)2凝胶浆料，将Zr(HPO4)2凝胶浆料放入带有回流冷凝器的3m3反应釜中，然后加热至沸腾，沸腾回流10小时得到片状Zr(HPO4)2，过滤、洗涤片状Zr(HPO4)2，得到含固量为40％的滤饼1320kg。用扫描电子显微镜观察片状Zr(HPO4)2直径为0.8μm，径厚比为10∶1。
以片状Zr(HPO4)2为晶种，将125kg片状Zr(HPO4)2滤饼加入到5吨20％Ca(OH)2浆料中，通入含有体积浓度22％CO2的气体碳化，碳化时的温度为70℃，碳化到pH为7.1时碳化结束，将片状轻钙浆料过滤得到含固量58.0％片状轻钙滤饼1650kg。用扫描电子显微镜观察片状轻钙直径为10μm，径厚比为80∶1。
实施例3将1m31.0mol/L的ZrOCl28H2O水溶液与1m31.0mol/L的磷酸二氢铵水溶液反应制备得到Zr(HPO4)2凝胶浆料，将Zr(HPO4)2凝胶浆料放入带有回流冷凝器的3m3反应釜中，然后加热至沸腾，沸腾回流20小时得到片状Zr(HPO4)2，过滤、洗涤片状Zr(HPO4)2，得到含固量为38％的滤饼710kg。用扫描电子显微镜观察片状Zr(HPO4)2直径为0.4μm，径厚比为7∶1。
以片状Zr(HPO4)2为晶种，将21kg片状Zr(HPO4)2滤饼加入到10吨2％Ca(OH)2浆料中，通入含有100％CO2的气体碳化，碳化时的温度为90℃，碳化到pH为6.9时碳化结束，将片状轻钙浆料过滤得到含固量61.0％片状轻钙滤饼430kg。用扫描电子显微镜观察片状轻钙直径为5μm，径厚比为40∶1。
实施例4将1m30.2mol/L的Zr(SO4)24H2O水溶液与1m30.2mol/L的磷酸二氢钠水溶液反应制备得到Zr(HPO4)2凝胶浆料，将Zr(HPO4)2凝胶浆料放入带有回流冷凝器的3m3反应釜中，然后加热至沸腾，沸腾回流12小时得到片状Zr(HPO4)2，过滤、洗涤片状Zr(HPO4)2，得到含固量为41％的滤饼130kg。用扫描电子显微镜观察片状Zr(HPO4)2直径为1.0μm，径厚比为6∶1。
以片状Zr(HPO4)2为晶种，将30kg片状Zr(HPO4)2滤饼加入到5吨8％Ca(OH)2浆料中，通入含有20％CO2的气体碳化，碳化时的温度为10℃，碳化到pH为7.2时碳化结束，将片状轻钙浆料过滤得到含固量56.0％片状轻钙滤饼680kg。用扫描电子显微镜观察片状轻钙直径为2μm，径厚比为31∶1。
实施例5将1m31.5mol/L的ZrOCl28H2O水溶液与1m31.5mol/L的磷酸二氢铵水溶液反应制备得到Zr(HPO4)2凝胶浆料，将Zr(HPO4)2凝胶浆料放入带有回流冷凝器的5m3反应釜中，然后加热至沸腾，沸腾回流14小时得到片状Zr(HPO4)2，过滤、洗涤片状Zr(HPO4)2，得到含固量为37％的滤饼1070kg。用扫描电子显微镜观察片状Zr(HPO4)2直径为0.6μm，径厚比为9∶1。
以片状Zr(HPO4)2为晶种，将21kg片状Zr(HPO4)2滤饼加入到5吨13％Ca(OH)2浆料中，通入含有16％CO2的气体碳化，碳化时的温度为60℃，碳化到pH为6.9时碳化结束，将片状轻钙浆料过滤得到含固量59.0％片状轻钙滤饼1030kg。用扫描电子显微镜观察片状轻钙直径为3μm，径厚比为35∶1。
实施例6将1m31.4mol/L的Zr(SO4)24H2O水溶液与1m31.4mol/L的磷酸二氢钾水溶液反应制备得到Zr(HPO4)2凝胶浆料，将Zr(HPO4)2凝胶浆料放入带有回流冷凝器的5m3反应釜中，然后加热至沸腾，沸腾回流8小时得到片状Zr(HPO4)2，过滤、洗涤片状Zr(HPO4)2，得到含固量为35％的滤饼1070kg。用扫描电子显微镜观察片状Zr(HPO4)2直径为0.3μm，径厚比为6∶1。
以片状Zr(HPO4)2为晶种，将31kg片状Zr(HPO4)2滤饼加入到5吨11％Ca(OH)2浆料中，通入含有10％CO2的气体碳化，碳化时的温度为30℃，碳化到pH为6.8时碳化结束，将片状轻钙浆料过滤得到含固量58.0％片状轻钙滤饼910kg。用扫描电子显微镜观察片状轻钙直径为6μm，径厚比为45∶1。
实施例7在白卡面涂配方中，使用上述实施例片状轻钙样品代替部分的进口瓷土及煅烧高岭土，考察涂布纸样的物理指标和印刷适性等性能变化情况。面涂实验采用带预涂的白卡纸，使用线性涂布棒进行面涂，涂布量10g/m2；与原配方的涂布纸样进行对比。涂布压光条件分别取上述涂布纸样用小型压光机硬压光两次(0.3Mpa，90℃)。
表1面涂面涂配方
表2涂布纸样检测数据
从结果看，同样条件下与原配方相比较，上述实施例片状轻钙部分取代进口瓷土及煅烧高岭土，纸样的平滑、涂布光泽度、表面强度、油墨吸收性及其它差异不大。
权利要求
1.一种片状轻质碳酸钙的制备方法，其特征在于，包括如下步骤将片状Zr(HPO4)2加入到重量浓度为2～20％Ca(OH)2浆料中，片状Zr(HPO4)2的加入量为Ca(OH)2重量的0.5～5％(绝干/绝干)，通入含有CO2的气体碳化，碳化温度为10～90℃，CO2的气体的体积浓度为10～100％，碳化到浆料的pH为6.5-7.5时碳化结束，得到片状轻质碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的片状Zr(HPO4)2为的直径为0.3-1.0μm，径厚比为6∶1---10∶1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的片状Zr(HPO4)2，的制备方法，包括如下步骤将可溶性锆盐的水溶液与可溶性磷酸二氢盐的水溶液反应制备得到Zr(HPO4)2凝胶浆料，将Zr(HPO4)2凝胶浆料加热至沸腾，沸腾回流5-20小时，过滤、洗涤，得到片状Zr(HPO4)2。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的可溶性锆盐的水溶液的浓度为0.2-2.0mol/l，可溶性磷酸二氢盐的水溶液的浓度为0.2-2.0mol/l。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的可溶性锆盐选自ZrOCl28H2O、Zr(SO4)24H2O中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的可溶性磷酸二氢盐选自磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的可溶性锆盐与可溶性磷酸二氢盐的摩尔比为1∶1-1∶1.3。
8.根据权利要求1～7任一项所述方法制备的片状轻质碳酸钙。
9.根据权利要求8所述的片状轻质碳酸钙，直径为0.5-10μm，径厚比为20∶1---80∶1。
10.根据权利要求8或9所述的片状轻质碳酸钙的应用，用于做纸张涂料。
全文摘要
本发明公开了一种片状轻质碳酸钙及其制备方法和应用。将片状Zr(HPO
文档编号D21H19/00GK1986413SQ20061014789
公开日2007年6月27日 申请日期2006年12月25日 优先权日2006年12月25日
发明者施晓旦, 王彦华 申请人:上海东升新材料有限公司