专利名称：一种球形纳米碳酸钙的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米材料领域，涉及纳米碳酸钙的制备方法，更具体的是涉及一种球形纳米碳酸钙的制备方法。
背景技术：
纳米碳酸钙是一种广泛应用于橡胶、塑料、造纸、油墨、涂料等领域的新型工业原料，其性能的优劣主要取决于纳米碳酸钙的形貌、粒径大小和粒度分布等。不同形貌的纳米碳酸钙其应用及功能不同，由于碳酸钙生长的形貌受碳酸钙晶型的影响，所以在制备时更容易得到方形的纳米碳酸钙。但球形的纳米碳酸钙所具有的独特形貌和性能，能赋予产品更高的应用性能和附加值，是该行业的开发热点。近几十年来，国内外学者致力于纳米碳酸钙的研究，如庄斌等[1]采用复分解法由氯化钙与碳酸铵制备纳米碳酸钙，得到产物平均粒径50nm左右的球形粒子；Anton等[2] 研究用乙醇(95%)做溶剂，用NH4HCOjn Ca (NO3)2反应制得纳米级的立方体和球形粒子；白丽梅等[3]在实验室条件下，以石灰石为原料，通过间歇式碳化反应合成了 25nm的碳酸钙产品；马祥梅等[4]利用氯化钙、氨水和二氧化碳为原料，制得粒度分布均勻、分散性好、平均粒径为45nm的球形纳米碳酸钙；徐国峰等[5]采用微乳液法，利用Ca(NO3)2和Na2CO3,在微乳液界面处发生反应，制得了分散性良好，平均粒径为IOnm左右的纳米碳酸钙。但上述方法中，或存在产品粒径大、形貌不够均一，或合成步骤较繁琐、所用试剂种类繁多的缺点。[1]庄斌，徐超，张兴法.由氯化钙制备纳米碳酸钙研究[J].化工矿物与加工，2007 ) :26-28.Anton I L, Aleksey N S, Ella M M, et al. Preparation of Pure Monodisperse Calcium Carbonate Paticles [J]· Reaction Kinetics and Catalysis Letters, 2007，90(1) :151-157.白丽梅，霄睿，韩跃新，等.纳米碳酸钙均勻度和粒度影响因素的研究[J]. 非金属矿，2010(1) 3-7.马祥梅，王斌.碳化法制备纳米碳酸钙的研究[J].新型建筑材料，2007， 34(6) :51-53.徐国峰，王洁欣，沈志刚，陈建峰.单分散纳米碳酸钙的制备和表征[J].北京化工大学学报(自然科学版)，2009，36(5) 27- 30。
发明内容
本发明的目的是针对上述缺点，提供一种产品粒径小、形貌均一和操作简单的球形纳米碳酸钙的制备方法。发明人经过大量的实验研究发现，通过控制季戊四醇的用量，基本可得球形纳米碳酸钙，实现本发明目的的技术方案具体如下
一种球形纳米碳酸钙的制备方法，包括如下步骤，(1)将碳酸钠溶解于水中得到浓度为0.05、. 10mol/L的碳酸钠溶液；
(2)将氯化钙溶解于水中得到浓度为1.0 2. Omol/L的氯化钙溶液；
(3)将季戊四醇加入到碳酸钠溶液中，使其完全溶解后，在搅拌下，缓慢加入氯化钙溶液，反应得到球形纳米碳酸钙的浆液；其中，季戊四醇的用量为产物碳酸钙质量的0. 1 2%。所述碳酸钠溶液的浓度优选0. 06 0. lmol/L。更优的碳酸钠溶液浓度为0. 09 0. lmol/L。所述氯化钙溶液的浓度优选1. 3 2. Omol/L。更优的氯化钙溶液浓度为1. 8 2. Omol/L。在橡胶、塑料、油墨、涂料等领域，通常需要将纳米碳酸钙分散在有机物中，由于碳酸钙为亲水疏油性物质，工业上通过在纳米碳酸钙表面包覆一层硬脂酸钠等表面活性剂物质，即对纳米碳酸钙进行改性，使其由亲水性物质变为亲油性物质。因此，包覆效果的好坏也是决定纳米碳酸钙产品质量的一个重要性能指标。进一步，按碳酸钙质量的1 5%，将硬脂酸钠加入水中，加热使其溶解后，再将该溶液在搅拌下缓慢加入到步骤(3)所得的浆液中，加入完毕后，继续搅拌至均勻，得到包覆有硬脂酸钠的球形纳米碳酸钙。本发明的有益效果通过在溶液中加入少量的季戊四醇作碳酸钙晶形控制剂，制备出了球形纳米碳酸钙，其粒径只有25nm左右，大小分布均勻，制备过程简单，成本较低； 制备的球形纳米碳酸钙可以包覆硬脂酸钠，容易实现纳米碳酸钙的改性，适合球状纳米碳酸钙的工业化生产。
图1为本发明采用季戊四醇用量为1%时所得纳米碳酸钙的透射电镜照片。图2为本发明采用季戊四醇用量为0. 1%时所得纳米碳酸钙的透射电镜照片。图3为本发明包覆了硬脂酸钠的纳米碳酸钙粒子的透射电镜照片。
具体实施例方式以下结合实施例及附图对本发明作进一步说明。实施例1
称取2. 65g碳酸钠，加水溶解，在250ml的容量瓶中配制成0. lmol/L的碳酸钠溶液； 称取22. 2g无水氯化钙，加水溶解，在100ml容量瓶中配制成2mol/L的氯化钙溶液；量取 200ml的0. lmol/L碳酸钠溶液于500ml烧杯中，然后加入0. 02g的季戊四醇，其用量以最终产物碳酸钙质量的1%计，搅拌使其完全溶解；搅拌速度设置为800r/min，再将IOml的 2mol/L氯化钙溶液逐滴缓慢加入到上述溶液中，待滴加完成后，得到纳米碳酸钙浆液，继续搅拌浆液30min;得到的纳米碳酸钙粒子的透射电镜照片如图1所示，从图中可看出纳米碳酸钙为球形状，其粒径在25nm左右，颗粒大小分布均勻。实施例2
称取2. 65g碳酸钠，加水溶解，在250ml的容量瓶中配制成0. lmol/L的碳酸钠溶液； 称取22. 2g无水氯化钙，加水溶解，在100ml容量瓶中配制成2mol/L的氯化钙溶液；量取200ml的0. lmol/L碳酸钠溶液于500ml烧杯中，然后加入0. 002g的季戊四醇，其用量以最终产物碳酸钙质量的0. 1%计，搅拌使其完全溶解；搅拌速度设置为800r/min，再将IOml的 2mol/L氯化钙溶液逐滴缓慢加入到上述溶液中，待滴加完成后，得到纳米碳酸钙浆液，继续搅拌浆液30min ；得到的纳米碳酸钙粒子的透射电镜照片如图2所示，从图中可看出纳米碳酸钙基本为球形状，其粒径在10-30nm左右，颗粒大小分布较均勻。
实施例3
称取0. Ig硬脂酸钠(按碳酸钙质量的5%计量)搅拌溶解于70°C的50ml水中，待硬脂酸钠完全溶解后，缓慢将其加入到实施例1所制得的纳米碳酸钙浆液中，继续搅拌30min均勻后，得到硬脂酸钠改性的纳米碳酸钙粒子，产品的透射电镜照片如图3所示，从透射电镜的表征可看出，在球形纳米碳酸钙的表面成功包覆有一层硬脂酸钠。
权利要求
1.一种球形纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)将碳酸钠溶解于水中得到浓度为0.05 0. 10mol/L的碳酸钠溶液；(2)将氯化钙溶解于水中得到浓度为1.0 2. Omol/L的氯化钙溶液；(3)将季戊四醇加入到碳酸钠溶液中，使其完全溶解后，在搅拌下，缓慢加入氯化钙溶液，反应得到球形纳米碳酸钙的浆液；其中，季戊四醇的用量为产物碳酸钙质量的0. 1 2%。
2.根据权利要求1所述的球形纳米碳酸钙的制备方法，其特征在于按碳酸钙质量的 1 5%，将硬脂酸钠加入水中，加热使其溶解后，再将该溶液在搅拌下缓慢加入到步骤(3) 所得的浆液中，加入完毕后，继续搅拌至均勻，得到包覆有硬脂酸钠的球形纳米碳酸钙。
全文摘要
本发明提供一种球形纳米碳酸钙的制备方法。该制备方法特点在于将季戊四醇加入到0.05~0.10mol/L的碳酸钠溶液中，使其完全溶解后，然后在搅拌下，缓慢加入1.0～2.0mol/L氯化钙溶液，反应得到球形纳米碳酸钙，其中，季戊四醇的用量为产物碳酸钙质量的0.1～2%。所得的球形纳米碳酸钙粒径约为25nm左右，大小分布均匀，整个制备过程简单，所用晶型控制剂价格较低廉。同时，将反应所得的浆液，按碳酸钙质量的1～5%用量加入硬脂酸钠，得到包覆有硬脂酸钠的纳米碳酸钙，该方法适合球状纳米碳酸钙的工业化生产。
文档编号C09C1/02GK102557100SQ20121000617
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者刘志博, 卢文斌, 李文涛, 王兴权, 王农, 陈辉生 申请人:兰州交通大学