专利名称：一种制备纳米包覆复合碳酸钙的方法
一种制备纳米包覆复合碳酸钙的方法
技术领域：
本发明涉及械研磨方式制备纳米碳酸钙(轻钙)与重质碳酸钙复合粉体的 新方法。背景技术：
颗粒的制备方法主要有物理和化学两种物理(机械粉碎)方法制备的颗 粒成本低，颗粒的平均粒径较大；化学法制备的颗粒成本高，粒径较小。
将碳酸钙成分的白色矿石粉碎得到的粉体称之为重质碳酸钙(重钙)。将石 灰石煅烧成石灰，然后加水制成氢氧化钙溶液，再将煅烧时形成的二氧化碳净 化后通入氢氧化钙溶液，控制反应条件可以得到不同类型的纳米级原始粒径的 碳酸钙(轻钙)。长期以来，重钙和轻钙是现代化学建材、橡胶、塑料、造纸、 涂料、油墨、日用化工、词料、食品、医药等行业不可缺少的辅助填充材料。
重钙的生产特点是工艺简单，成本低廉；^粒粗大、堆积密度高，优点是 吸油值低、流动性好。轻钙特点是工艺流程复杂、成本高；颗粒细腻，可以控 制在数十或数百纳米的量级上，如果将重钙研磨到这个细度，能耗巨大，几乎 是不可能的。纳米级轻钙在干燥过程中极容易团聚形成难于分散的大颗粒，造 成纳米级轻钙的使用受到限制。
本发明的目的就是综合两种产品优缺点，扬长避短，探索一条制备纳米碳 酸钙与重质碳酸钙复合粉体的方法。本申请的发明人在清华大学期间曾研究出 了《一种微米颗粒表面纳米改性方法》、《一种重质碳酸钙表面包覆纳米碳酸钙 的方法》等多项相关专利，其中，《一种微米颗粒表面纳米改性方法》于2006 年7月12日授权公告，授权公告号为CN1263808C，《一种重质碳酸钙表面包覆纳米碳酸钙的方法》于2005年6月29日授权公告，授权公告号为CN1208399C。这些专利的特点是将重钙颗粒放入氢氧化钙溶液中通入二氧化碳一起碳化，将生成的纳米碳酸钙沉积生长在重质碳酸钙颗粒的表面。这种复合颗粒既保存了重质碳酸钙颗粒的低成本特性，同时其表面又被纳米的轻质碳酸钙所改性，形成表面的复合结构，从而具有与聚合物良好的结合性。但是，这种方法制得的复合颗粒混合均匀度还不够高，纳米级轻钙分散较困难，产品吸油值较高，细度和流动性较差。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种制备纳米包覆复合碳酸钙的方法，能够提高复合颗粒混合均匀度，提高产品细度和流动性。
为实现上述目的，本发明提出了一种制备纳米包覆复合碳酸转的方法，依
次包括以下步骤
① 配制氢氧化钙溶液，向悬浮液中通入二氧化碳与空气的混合气体，对氢
氧化钙溶液进行碳化得到50-500纳米粒径的纳米碳酸钙浆料，并将纳米碳酸钙
浆料浓縮到10_20%的浓度；
② 将浓縮的纳米碳酸钙浆料与重质碳酸钙原料混合，采用球磨或搅拌研磨
方式制得微米级重质碳酸钙与纳米碳酸钙的复合粉体浆料，粒径在0. 05 10 ii m范围内；
③ 将上述复合粉体浆料脱水干燥，制得纳米碳酸钙颗粒包覆重质碳酸钙的复合粉体。
作为优选，配制的氢氧化钙溶液的浓度为1 20% 。作为优选，在碳化反应开始时还加入添加剂。
作为优选，所述添加剂为螯合剂或有机多磷酸盐，添加量在溶液总量的0. 01 3%范围内。作为优选，混合气体中二氧化碳质量分数为10 80%，反应温度控制在20 40。C。
作为优选，重质碳酸钙原料的细度为320-1250目。
作为优选，复合粉体浆料的固含量浓度控制在50-80%，重质碳酸钙与纳米碳酸钙的比例控制在1:0. 05-1:0. 5的范围内。
本发明的有益效果本发明将纳米级轻钙浆料在脱水干燥之前与重钙粉体混合在一起研磨，做到高均匀度的混合，形成复合浆料；这种复合浆料在干燥过程中，将借助纳米轻钙颗粒的强吸附性和团聚性紧紧地包覆在微米级重钙颗粒的表面，解决了纳米级轻钙分散的困难。同时纳米轻钙和微米重钙的复合降低了复合后最终产品的吸油值，提高了细度和流动性，兼备了纳米碳酸钙和微米碳酸钙的共同优点。
本发明的特征及优点将通过实施例进行详细说明。具体实施方式
本发明中的纳米碳酸钙与重质碳酸钙复合颗粒的制备过程中可控制的因素
有
纳米碳酸钙合成阶段①氢氧化钙的浓度；②二氧化碳的质量分数；③添加剂的种类、数量和添加时间。从化学反应速率和碳酸钙成核机理角度考虑，又存在两个可控因素④搅拌速率；⑤反应温度。
纳米碳酸钙与重钙混合研磨阶段①重质碳酸钙的平均粒径；②复合浆料的浓度；③重钙和轻钙的混合比例。
本发明中的纳米碳酸钙一重质碳酸钙复合颗粒的制备是在1 20%氢氧化钙溶液中，氢氧化钙的浓度越低，碳化得到的纳米碳酸钙颗粒粒径越小；浓度越低，动力消耗越高，所需的设备容器体积增大。二氧化碳的质量分数为10 80%，而且随着二氧化碳含量的增加，碳化生成的碳酸钙颗粒粒径增大。加入一定量的重质碳酸钙及O. 01 3%的有机多磷酸盐添加剂，添加剂的量为0. 01 3%，添加剂加入量增加，所得产品粒径减小，当减小到一定程度时，粒径将随添加剂用量的增加而增大。反应开始时加入添加剂得到的碳酸钙颗粒粒径最小，反应过程中加入添加剂的时间越迟，生成的碳酸钙颗粒粒径越大。添加剂种类还可以是螯合剂。在搅拌力作用下配成悬浮液，搅拌速度为l-10m/s，在其它条件不变的前提下，随着转速的提高，碳化生成的碳酸钙粒径变小。溶液温度控制在0 30°C。然后通入质量分数为10 80%的二氧化碳，对氢氧化钙进行碳化。在一定的时间内氢氧化钙和二氧化碳反应生成的纳米碳酸钙在重质碳酸钙表面形核、长大。
将复合粉体浆料的固含量浓度控制在50-80%、重钙与轻钙的比例控制在1:0.05-1:0.5范围内，选用湿法球磨机、振动磨或搅拌磨对以上浆料进行超细研磨制备复合浆料。复合浆料的细度可以控制在0.05-10微米的范围内。将复合桨料脱水干燥打散后即制得新一类纳米包覆复合的碳酸钙。
实施例一
在1立方米的反应釜中加入500升8%氢氧化钙溶液，搅拌速度为50rpm，再加入50g有机多磷酸盐添加剂，溶液温度控制在2(TC。然后通入二氧化碳，其质量分数为30%，当pH值达8时停止通气。沉淀浓縮后得到纳米碳酸钙浆料。
将200公斤400目机械粉碎的重钙粉体投入2立方米球磨机，研磨3小时，得到粒度上限为10 um的复合碳酸钙浆料。选用板框压滤机对浆料进行脱水处理，将滤饼在箱式干燥器中12(TC干燥5小时，用万能粉碎机打散即制得纳米包覆复合碳酸钙粉体。
实施例二
在5立方米的反应釜中加入3立方米15%氢氧化钙溶液，搅拌速度为30rpm，再加入1250g有机多磷酸盐添加剂，溶液温度控制在25'C。然后通入二氧化碳，其质量分数为25%,当pH值达8时停止通气。沉淀浓縮后得到纳米碳酸钙浆料。将1000公斤800目机械粉碎的重钙粉体投入5立方米搅拌桶，混合均匀后
用螺杆泵打入500升高速搅拌磨研磨2小时，得到粒度上限为6 u m的复合碳酸
钙浆料。加入硬脂酸钠为表面改性剂在6(TC的温度下改性处理后，选用板框压
滤机对浆料进行脱水处理，将滤饼在箱式干燥器中120'C干燥6小时，用万能粉
碎机打散即制得改性纳米包覆复合碳酸钙粉体。
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普
通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。
权利要求
1.一种制备纳米包覆复合碳酸钙的方法，其特征是依次包括以下步骤①配制氢氧化钙溶液，向悬浮液中通入二氧化碳与空气的混合气体，对氢氧化钙溶液进行碳化得到50-500纳米粒径的纳米碳酸钙浆料，并将纳米碳酸钙浆料浓缩到10-20％的浓度；②将浓缩的纳米碳酸钙浆料与重质碳酸钙原料混合，采用球磨或搅拌研磨方式制得微米级重质碳酸钙与纳米碳酸钙的复合粉体浆料，粒径在0.05～10μm范围内；③将上述复合粉体浆料脱水干燥，制得纳米碳酸钙颗粒包覆重质碳酸钙的复合粉体。
2. 如权利要求1所述的一种制备纳米包覆复合碳酸钙的方法，其特征是配制 的氢氧化钙溶液的浓度为1 20% 。
3. 如权利要求1所述的一种制备纳米包覆复合碳酸钙的方法，其特征是在碳 化反应开始时还加入添加剂。
4. 如权利要求3所述的一种制备纳米包覆复合碳酸钙的方法，其特征是所述 添加剂为螯合剂或有机多磷酸盐，添加量在溶液总量的0. 01 3%范围内。
5. 如权利要求1所述的一种制备纳米包覆复合碳酸钙的方法，其特征是混合 气体中二氧化碳质量分数为10 80%，反应温度控制在20 4(TC。
6. 如权利要求1所述的一种制备纳米包覆复合碳酸钙的方法，其特征是重质 碳酸钙原料的细度为320-1250目。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的一种制备纳米包覆复合碳酸钙的方法，其 特征是复合粉体浆料的固含量浓度控制在50-80%，重质碳酸钙与纳米碳酸 钙的比例控制在1:0. 05-1:0. 5的范围内。
全文摘要
本发明公开了一种制备纳米包覆复合碳酸钙的方法，将机械粉碎与反应生成的纳米级碳酸钙在粉碎过程中高均匀度地混合在一起，形成表面包覆纳米级颗粒的复合碳酸钙粉体。本发明将纳米级轻钙浆料在脱水干燥之前与重钙粉体混合在一起研磨，做到高均匀度的混合，形成复合浆料；这种复合浆料在干燥过程中，将借助纳米轻钙颗粒的强吸附性和团聚性紧紧地包覆在微米级重钙颗粒的表面，解决了纳米级轻钙分散的困难。同时纳米轻钙和微米重钙的复合降低了复合后最终产品的吸油值，提高了细度和流动性，兼备了纳米碳酸钙和微米碳酸钙的共同优点。
文档编号C09C1/02GK101560335SQ200910098908
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月25日 优先权日2009年5月25日
发明者杨玉芬, 盖国胜 申请人:长兴清华粉体及新材料工程中心有限公司