碳酸钙纳米空心颗粒及其制备方法和应用

本申请涉及碳酸钙粉体制备，特别是涉及一种碳酸钙纳米空心颗粒及其制备方法和应用。

背景技术：

1、碳酸钙超细粉是目前具有最大市场和最广泛用途的一类超细粉材料。因碳酸钙具有原料来源广泛、价格低廉、白度高、无毒、无味等特点，已成为塑料制品、橡胶制品等复合材料的常见填料之一；此外，碳酸钙也可以作为能改性剂或功能性助剂，有助于获得力学性能、耐热性、耐老化及尺寸稳定性等综合性能优异的复合材料。

2、目前，碳酸钙超细粉体的主要形态包括不规则状、针状、实心球状，但无论形态如何，有一个共同特点，均为实心材料。

3、然而，实心材料的碳酸钙粉体加入到塑料、橡胶等复合材料中，会导致复合材料整体的比重上升，进而使得单位制品的重量增加，成本优势下降。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种碳酸钙纳米空心颗粒及其制备方法和应用。

2、本申请采用了以下技术方案：

3、本申请的第一方面公开了一种碳酸钙纳米空心颗粒的制备方法，包括将氢氧化钙浆料置于反应釜中，通过纳米气泡发生装置向所述反应釜中通入二氧化碳气体，以在所述氢氧化钙浆料中形成二氧化碳纳米气泡，进而反应生成所述碳酸钙纳米空心颗粒。

4、需要说明的是，本申请的制备方法，通过纳米气泡发生装置向反应釜中通入二氧化碳气体，能够使氢氧化钙浆料中形成二氧化碳纳米气泡，此时，在纳米气泡的边界，氢氧化钙与二氧化碳进行反应，形成一个以纳米气泡为内核的碳酸钙固体壳，随着气泡中二氧化碳向外扩散，在这个固体壳外进一步形成纳米碳酸钙固体颗粒，在壳外沉积，形成外壳致密的碳酸钙纳米空心颗粒。碳酸钙球形纳米空心颗粒是指以碳酸钙超细颗粒团聚而成的球形体，且球形体内部为空心形态的颗粒材料，空心尺度在100纳米或以下。

5、还需要说明的是，碳酸钙空心颗粒内部为空心状，因而比重比实心颗粒小，在后续应用中例如应用于塑料制品的填料时，表现出在与碳酸钙实心颗粒同等添加量下，塑料制品的比重更小，因而，每一吨材料制备得到的塑料制品的数目增加，单位成本降低。同时，碳酸钙的加入量也可以更大，进而能够具有更大的经济效益。

6、还需要说明的是，纳米空心球体结构稳定，不易破碎，在实际应用中，可以保持空心状态，这样能够减低复合材料例如塑料制品的比重，同时还能够提高复合材料的力学性能，降低生产成本。

7、本申请的一种实现方式中，通过将块状氧化钙加入水中配制得到所述氢氧化钙浆料。

8、本申请的一种实现方式中，所加入的氧化钙与所述氢氧化钙浆料的重量比为5％至30％。需要说明的是，由于所生成的是碳酸钙球形颗粒，最终的浆料粘度较其他形态的碳酸钙颗粒的浆料要小，所以能够适合于高固含量的制备处理，这对于后续脱水、干燥工艺也能够起到显著的节能效果。

9、本申请的一种实现方式中，所述块状氧化钙中氧化钙的粒度为1厘米至3厘米。

10、本申请的一种实现方式中，还包括先对所述氢氧化钙浆料进行研磨处理，再置于反应釜中。

11、本申请的一种实现方式中，使所述氢氧化钙浆料中的氢氧化钙颗粒研磨至d90不大于0.5微米。需要说明的是，对氢氧化钙浆料进行研磨处理，制使得氢氧化钙颗粒细化至d90不大于0.5微米，能够加快与二氧化碳的反应速率且利于生成碳酸钙纳米空心颗粒。

12、本申请的一种实现方式中，所述二氧化碳气体中二氧化碳的体积分数为50％至100％。

13、本申请的一种实现方式中，从所述反应釜的底部通入所述二氧化碳气体。在这种情况下，有利于使氢氧化钙颗粒和二氧化碳充分接触，进而有利于反应生成碳酸钙纳米空心颗粒。

14、本申请的一种实现方式中，所述二氧化碳纳米气泡的直径不大于100纳米。在这种情况下，有利于生成碳酸钙纳米空心颗粒。

15、本申请的一种实现方式中，反应生成所述碳酸钙纳米空心颗粒后，还包括干燥的步骤，以得到碳酸钙纳米空心颗粒粉体。

16、本申请的第二方面公开了一种由本申请第一方面公开的制备方法制备得到的碳酸钙纳米空心颗粒。

17、本申请的第三方面公开了一种如本申请第二方面公开的碳酸钙纳米空心颗粒在制备复合材料中的应用，所述复合材料包括塑料制品或橡胶制品。

18、本申请的第四方面公开了一种复合材料的制备方法，包括使用如本申请第二方面公开的碳酸钙纳米空心颗粒作为所述复合材料的填充剂之一。

19、本申请的第五方面公开了一种复合材料，所述复合材料包括10至40重量份的如本申请第二方面公开的碳酸钙纳米空心颗粒和60至90重量份的高分子聚合物。

20、由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：

21、本申请制备的碳酸钙纳米空心颗粒，在实际应用时能够减低制品的比重，进而降低生产成本。

技术特征：

1.一种碳酸钙纳米空心颗粒的制备方法，其特征在于，包括将氢氧化钙浆料置于反应釜中，通过纳米气泡发生装置向所述反应釜中通入二氧化碳气体，以在所述氢氧化钙浆料中形成二氧化碳纳米气泡，进而反应生成所述碳酸钙纳米空心颗粒。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过将块状氧化钙加入水中配制得到所述氢氧化钙浆料；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，还包括先对所述氢氧化钙浆料进行研磨处理，再置于反应釜中；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化碳气体中二氧化碳的体积分数为50％至100％；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化碳纳米气泡的直径不大于100纳米。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，反应生成所述碳酸钙纳米空心颗粒后，还包括干燥的步骤，以得到碳酸钙纳米空心颗粒粉体。

7.一种由权利要求1至6任一项所述的制备方法制备得到的碳酸钙纳米空心颗粒。

8.一种如权利要求7所述的碳酸钙纳米空心颗粒在制备复合材料中的应用，其特征在于，所述复合材料包括塑料制品或橡胶制品。

9.一种复合材料的制备方法，其特征在于，包括使用如权利要求7所述的碳酸钙纳米空心颗粒作为所述复合材料的填充剂之一。

10.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括10至40重量份的如权利要求7所述的碳酸钙纳米空心颗粒和60至90重量份的高分子聚合物。

技术总结
本申请公开了一种碳酸钙纳米空心颗粒及其制备方法和应用，制备方法包括将氢氧化钙浆料置于反应釜中，通过纳米气泡发生装置向反应釜中通入二氧化碳气体，以在氢氧化钙浆料中形成二氧化碳纳米气泡，进而反应生成碳酸钙纳米空心颗粒。采用本申请的制备方法，能够制备碳酸钙纳米空心颗粒，在后续应用时有利于降低制品的比重。

技术研发人员：毕舒
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31