专利名称：一种长度和直径可控的纤维状轻质碳酸钙的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维状轻钙的制备方法，具体地说，涉及一种可以用于塑料增强和用于造纸填料的一种纤维状轻钙碳酸钙的制备方法。
背景技术：
碳酸钙是重要的无机材料和典型的生物矿物，广泛应用于橡胶、塑料、造纸、油墨、涂料等行业。碳酸钙粒子的系列参数如晶形、结构、粒度、比表面积、吸油值、化学纯度等直接影响到其应用，其中最重要的是碳酸钙粒子的晶形与粒度，不同形态和粒度的碳酸钙产品应用领域和功能不同。目前，对不同形态的超细碳酸钙产品的制备研究是该行业的热点。
针状碳酸钙粒子作为添加剂添加到塑料、橡胶、纸张等制品中，可以有效改善其取向方向的机械性能及体系的流动性与加工性能。近年来，纤维状轻质碳酸钙(简称轻钙，下同)的制备研究已取得了一些进展，但还存在纤维状轻钙长度较短、长径比较小以及制备工艺复杂等问题。
日本专利JP63-256514、JP63-260815采用磷酸及可溶性磷酸盐制备纤维状轻钙的方法，但得到的纤维状轻钙的长度一般小于10μm。而日本专利JP4-321515、JP4-224110和美国专利US5164172中描述了在含有文石相碳酸钙晶种的条件下，加入磷酸及可溶性磷酸盐制备纤维状轻钙的方法，可以制备得到长度大于20μm的纤维状轻钙。日本专利JP2001-354416中描述了在含有Mg2+的高浓度Ca(OH)2浆料中通入含有CO2的气体碳化得到文石相纤维状轻钙，纤维状轻钙的长度10-20μm。中国专利CN1641077A也公开了以MgCl2为添加剂制备纤维状轻钙的方法，在反应过程中不断补充MgCl2添加剂。
以上这些专利的缺点是纤维的长度和直径不能很好地控制，所以很难制备出长度符合要求、直径均匀一致的纤维状轻钙。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种长度和直径可控纤维状轻质碳酸钙的制备方法，以克服现有技术存在的颗粒粒径无法控制的缺陷。
本发明的方法包括如下步骤(1)多边形颗粒状碳酸钙晶种的制备在重量浓度为1-5％的Ca(OH)2水浆料中，加入量相当于Ca(OH)2绝干重量的1-5倍的MgCl26H2O，同时加入量相当于Ca(OH)2绝干重量0.1-5％的乳酸，5～35℃下通入含有体积浓度为10～100％的CO2的气体碳化，碳化到pH为6.5～7.5时，收集反应产物中的多边形颗粒状碳酸钙，即为多边形颗粒状碳酸钙晶种，多边形颗粒状碳酸钙颗粒的平均粒径为0.3-1.8μm。
(2)然后将步骤(1)获得的晶种和晶面生长控制剂加入到重量浓度为5-20％的Ca(OH)2水浆料中，30～70℃下通入含有体积浓度为10～100％的CO2的气体碳化，碳化到pH为6.5～7.5时，得到纤维状轻钙。
晶种的绝干加入量为Ca(OH)2绝干重量的0.1-5％；晶面生长控制剂为硼酸，其加入量为晶种绝干重量的1-3％。
本发明的纤维状轻钙可用于塑料增强和用于造纸填料，减少造纸木浆用量，减少砍伐树木，有利于环境保护。
由上述公开的技术方案可见，本发明的方法，以多边形颗粒状碳酸钙为晶种，加入到Ca(OH)2浆料中，再往Ca(OH)2浆料中加入晶面生长控制剂，晶面生长控制剂的作用是控制晶体的生长方向，它能促进碳酸钙晶体沿001晶面生长，而抑制晶体其它晶面的生长。所以可以通过改变硼酸的加入量，就可以调节纤维的长度；而纤维的直径是控制多边形碳酸钙颗粒的大小来决定的。多边形碳酸钙颗粒粒径是通过Ca(OH)2浆料浓度、乳酸的加入量和碳化温度来控制的，所以本技术能通过改变条件制备出长度和直径符合预先设计的纤维状轻钙。纤维的长度和直径能够很好地控制，能够制备出长度符合要求、直径均匀一致的纤维状轻钙。
具体实施例方式
实施例1将重量浓度为12％的Ca(OH)2水浆料100kg加水900kg稀释成重量浓度为1.2％的Ca(OH)2水浆料，往其中加入36kgMgCl26H2O，搅拌使其完全溶解，再加入60g乳酸，然后通入含有体积浓度为25％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在35℃，碳化到pH为7.3时停止碳化，过滤、洗涤，得到含固量50％碳酸钙滤饼28kg。用扫描电子显微镜观察颗粒粒径1.6μm。
将1.5吨重量浓度为10％的Ca(OH)2浆料中，加入上述多边形颗粒状碳酸钙滤饼2.5kg，再加入25g硼酸，然后通入含有20％CO2气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在50℃，碳化到pH为7.0时停止碳化，用板框压滤机进行过滤、洗涤，得到含固量51％纤维状轻钙滤饼0.374吨。用扫描电子显微镜观察纤维状轻钙长度为50μm，直径为1.6μm。
实施例2将重量浓度为12％的Ca(OH)2浆料100kg加水300kg稀释成重量浓度为3.0％的Ca(OH)2浆料，往其中加入60kgMgCl26H2O，搅拌使其完全溶解，再加入600g乳酸，然后通入含有体积浓度为21％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在15℃，碳化到pH为7.0时停止碳化，用板框压滤机进行过滤、洗涤，得到含固量48％碳酸钙滤饼31kg。用扫描电子显微镜观察颗粒粒径0.6μm。
将1.5吨重量浓度为18％的Ca(OH)2浆料中，加入上述多边形颗粒状碳酸钙滤饼0.6kg，再加入8.1g硼酸，然后通入含有体积浓度为21％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在45℃，碳化到pH为6.8时停止碳化，过滤、洗涤，得到含固量50％碳酸钙晶须滤饼0.716吨。用扫描电子显微镜观察碳酸钙晶须长度为40μm，直径为0.6μm。
实施例3将重量浓度为12％的Ca(OH)2浆料500kg加水5500kg稀释成重量浓度为1.0％的Ca(OH)2浆料，往其中加入180kgMgCl26H2O，搅拌使其完全溶解，再加入3000g乳酸，然后通入含有体积浓度为23％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在30℃，碳化到pH为7.2时停止碳化，用板框压滤机进行过滤、洗涤，得到含固量51％碳酸钙滤饼153kg。用扫描电子显微镜观察颗粒粒径1.8μm。
将1.5吨重量浓度为20％的Ca(OH)2浆料中，加入上述多边形颗粒状碳酸钙滤饼15kg，再加入76g硼酸，然后通入含有体积浓度为25％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在70℃，碳化到pH为6.9时停止碳化，过滤、洗涤，得到含固量52％纤维状轻钙滤饼0.798吨。用扫描电子显微镜观察纤维状轻钙长度为80μm，直径为1.8μm。
实施例4将重量浓度为12％的Ca(OH)2浆料400kg加水2000kg稀释成重量浓度为2.0％的Ca(OH)2浆料，往其中加入48kgMgCl26H2O，搅拌使其完全溶解，再加入50g乳酸，然后通入含有体积浓度为22％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在35℃，碳化到pH为7.1时停止碳化，用板框压滤机进行过滤、洗涤，得到含固量52％碳酸钙滤饼120kg。用扫描电子显微镜观察颗粒粒径1.0μm。
将1.5吨5％的Ca(OH)2浆料中，加入上述多边形颗粒状碳酸钙滤饼7.2kg，再加入72g硼酸，然后通入含有体积浓度为23％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在60℃，碳化到pH为7.0时停止碳化，过滤、洗涤，得到含固量48％纤维状轻钙滤饼0.144吨。用扫描电子显微镜观察纤维状轻钙长度为60μm，直径为1.0μm。
实施例5将重量浓度为12％的Ca(OH)2浆料500kg加水700kg稀释成重量浓度为5.0％的Ca(OH)2浆料，往其中加入120kgMgCl26H2O，搅拌使其完全溶解，再加入600g乳酸，然后通入含有体积浓度为21％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在5℃，碳化到pH为7.0时停止碳化，用板框压滤机进行过滤、洗涤，得到含固量40％碳酸钙滤饼195kg。用扫描电子显微镜观察颗粒粒径0.3μm。
将1.5吨重量浓度为12％的Ca(OH)2浆料中，加入上述多边形颗粒状碳酸钙滤饼10kg，再加入50g硼酸，然后通入含有体积浓度为24％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在50℃，碳化到pH为7.1时停止碳化，过滤、洗涤，得到含固量45％纤维状轻钙滤饼0.518吨。用扫描电子显微镜观察纤维状轻钙长度为35μm，直径为0.3μm。
实施例6将重量浓度为12％的Ca(OH)2浆料200kg加水600kg稀释成重量浓度为3.0％的Ca(OH)2浆料，往其中加入72kgMgCl26H2O，搅拌使其完全溶解，再加入480g乳酸，然后通入含有体积浓度为22％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在10℃，碳化到pH为7.1时停止碳化，过滤、洗涤，得到含固量49％碳酸钙滤饼63kg。用扫描电子显微镜观察颗粒粒径0.6μm。
将1.5吨重量浓度为10％的Ca(OH)2浆料中，加入上述多边形颗粒状碳酸钙滤饼3kg，再加入14.7g硼酸，然后通入含有体积浓度为98％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在50℃，碳化到pH为7.0时停止碳化，用板框压滤机进行过滤、洗涤，得到含固量48％纤维状轻钙滤饼0.408吨。用扫描电子显微镜观察纤维状轻钙长度为45μm，直径为0.6μm。
实施例7将重量浓度为12％的Ca(OH)2浆料500kg加水4500kg稀释成重量浓度为1.2％的Ca(OH)2浆料，往其中加入180kgMgCl26H2O，搅拌使其完全溶解，再加入2000g乳酸，然后通入含有体积浓度为100％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在32℃，碳化到pH为7.0时停止碳化，用板框压滤机进行过滤、洗涤，得到含固量49％碳酸钙滤饼156kg。用扫描电子显微镜观察颗粒粒径1.6μm。
将1.5吨重量浓度为20％的Ca(OH)2浆料中，加入上述多边形颗粒状碳酸钙滤饼16kg，再加入70g硼酸，然后通入含有体积浓度为100％CO2的气体碳化，碳化过程中体系的温度控制在70℃，碳化到pH为6.9时停止碳化，过滤、洗涤，得到含固量51％纤维状轻钙滤饼0.780吨。用扫描电子显微镜观察纤维状轻钙长度为75μm，直径为1.6μm。
权利要求
1.一种长度和直径可控的纤维状轻质碳酸钙的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)多边形颗粒状碳酸钙晶种的制备在Ca(OH)2水浆料中，加入MgCl26H2O，同时加入乳酸，通入含有体积浓度为10～100％的CO2的气体碳化，碳化到pH为6.5～7.5时，收集反应产物中的多边形颗粒状碳酸钙晶种；(2)然后将步骤(1)获得的晶种和晶面生长控制剂加入到Ca(OH)2水浆料中，通入含有体积浓度为10～100％的CO2的气体碳化，碳化到pH为6.5～7.5时，得到纤维状轻钙。晶种的绝干加入量为Ca(OH)2绝干重量的0.1-5％；晶面生长控制剂为硼酸，其加入量为晶种绝干重量的1-3％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，MgCl26H2O加入量相当于Ca(OH)2绝干重量的1-5倍，乳酸加入量相当于Ca(OH)2绝干重量0.1-5％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，碳化温度为5～35℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中Ca(OH)2水浆料的重量浓度为1-5％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中Ca(OH)2水浆料的重量浓度为5-20％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中碳化温度为30～70℃。
7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，多边形颗粒状碳酸钙晶种的平均粒径为0.3-1.8μm。
全文摘要
本发明公开了一种长度和直径可控的纤维状轻质碳酸钙的制备方法，包括如下步骤(1)在Ca(OH)
文档编号C01F11/18GK1935657SQ20061011702
公开日2007年3月28日 申请日期2006年10月11日 优先权日2006年10月11日
发明者施晓旦, 王彦华 申请人:上海东升新材料有限公司