一种提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法与流程

本发明涉及碳酸钙制备，具体涉及一种可提高纳米碳酸钙填充硅酮胶分散性的表面处理方法。

背景技术：

1、分散性一直是纳米碳酸钙制备研究中最关注的要点。大量的研究致力于提高纳米碳酸钙的分散性，而此分散性更多指代微观分散性，有关于应用填充的宏观分散性研究却鲜有报道。

2、分散性可分为微观分散性和宏观分散性。微观分散性是指在微观尺度下，单个纳米级碳酸钙粒子的分散状态。如果纳米碳酸钙以单个粒子独立存在，未与其他粒子因吸附聚集形成数倍大的团聚体，可认为是微观分散性好，否则为微观分散性差。宏观分散性是指在宏观尺度下，应用厂家对纳米碳酸钙填充在基材中的一项分散指标。以硅酮胶应用举例，先将纳米碳酸钙与硅树脂均匀混合制备成基胶，再用基胶制备成蝴蝶试样，最后以蝴蝶试样上基胶的颗粒分布情况评判分散性。如果基胶中未发现肉眼可见的颗粒，可认为是宏观分散性好，但是如果基胶存在明显的颗粒(直径多为毫米级)，其数量越多，宏观分散性也越差。

3、纳米碳酸钙的微观分散性与宏观分散性存在一定的关联。一般情况下，纳米碳酸钙的微观分散性越好，其宏观分散性越容易变差。对于宏观分散性，常存在两种情况，一种是硬团聚导致的分散性差，另外一种是软团聚导致的分散性差。硬团聚的原因一般是纳米碳酸钙未能充分粉碎解聚，此问题较容易解决。然而，软团聚导致的宏观分散性差现象很普遍，困扰了很多纳米碳酸钙厂家，不易解决。对于易产生软团聚的纳米碳酸钙粉体，在刚生产的时候，其宏观分散性一般很好，但经过长期贮存挤压后，其分散性会逐渐变差，严重影响客户的使用，甚至导致产品退货产生经济损失。

4、据研究，软团聚导致的宏观分散性差与表面处理有关。一般情况下，可通过提高纳米碳酸钙粒子间的排斥力、减少使用易导致黏连结块的处理剂和加入阻碍黏连结块的物质等手段来缓解因软团聚导致宏观分散性差的现象。目前，相关研究几乎未见报道。可见，开发一种可提高纳米碳酸钙填充硅酮胶分散性的表面处理方法是必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可改善纳米碳酸钙因软团聚而导致分散性差的表面处理方法。本发明首先给纳米碳酸钙包覆一层磷酸钙，再采用高低温工艺让硬脂酸钠更均匀地包覆在纳米碳酸钙上，最后通过复分解法继续包覆硬脂酸钙。三种包覆层可产生协同作用，可减少因挤压带来的软团聚，最终改善纳米碳酸钙填充硅酮胶的分散性。

2、为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法，包括以下步骤：

4、(1)选用优质石灰石经高温煅烧得到生烧石灰，再将生烧石灰与自来水进行消化制得石灰乳，接着石灰乳在碳酸化塔与二氧化碳进行碳酸化反应，反应结束得到纳米碳酸钙悬浮液；

5、(2)将步骤(1)的碳酸钙悬浮液移入具备保温与降温功能的处理罐中，加热悬浮液至85-100℃，接着加入含2.0-5.0％氢氧化钙(碳酸钙干基质量)的悬浮液，开启搅拌，然后向悬浮液中定时10-30min等量加入对应量的磷酸溶液，当磷酸溶液加完后，可得到1#碳酸钙悬浮液；

6、(3)保持1#碳酸钙悬浮液的温度为85-100℃，再加入含0.5-1.5％脂肪酸钠(碳酸钙干基质量)的溶液，然后边搅拌边缓慢降温进行表面处理，降温时间30-60min，待温度降至30℃，可得到2#碳酸钙悬浮液；

7、(4)将2#碳酸钙悬浮液再加热至65-80℃，再加入含2.5-3.5％脂肪酸钠(碳酸钙干基质量)的溶液，开启搅拌，然后继续向悬浮液中定时10-20min等量加入对应量的可溶性钙盐溶液进行脂肪酸钙包覆；

8、(5)将碳酸钙浆液经压滤机脱水，干燥，粉碎得到纳米碳酸钙成品粉。

9、进一步地，步骤(2)所述磷酸溶液浓度为5-15％(质量比)，加入量由氢氧化钙的加入量根据生成磷酸钙的反应方程式计算得到。

10、进一步地，步骤(3)和(4)所述脂肪酸钠为硬脂酸钠和棕榈酸钠的一种或两种组合。

11、进一步地，步骤(3)所述脂肪酸钠溶液浓度为10-20％(质量比)。

12、进一步地，步骤(4)所述可溶性钙盐为氯化钙和硝酸钙的一种或两种组合。

13、进一步地，步骤(4)所述可溶性钙盐浓度5-15％(质量比)，加入量由脂肪酸钠的加入量根据生成脂肪酸钙的反应方程式计算得到。

14、进一步地，步骤(5)中干燥的温度为100-130℃。

15、与现有技术相比，本发明的出现标志着纳米碳酸钙材料处理领域的一次重大革新，其独特优势与显著的有益效果具体体现在以下几个方面，深刻体现了技术进步的深度与广度：

16、1.创新包覆策略，有效抑制碳酸钙粉体聚集：传统方法在处理纳米碳酸钙时，常面临粉体因高比表面积和表面能而发生的自发聚集结块问题，严重影响其应用性能。本发明独辟蹊径，采用氢氧化钙与磷酸的化学反应，在纳米碳酸钙表面巧妙地包覆了一层磷酸钙层。这层致密的包覆层不仅作为物理屏障，有效隔绝了纳米粒子间的直接接触，防止了它们因相互吸引而聚集结块，还通过化学键合增强了粒子的稳定性，显著减缓了纳米碳酸钙特有的软团聚现象。这一创新策略，从根本上解决了长期困扰业界的难题，为纳米碳酸钙的广泛应用奠定了坚实的基础。

17、2.优化包覆工艺，实现脂肪酸钠均匀覆盖：针对脂肪酸钠包覆不均导致的分散性差问题，本发明创新性地引入了“低浓度+高温处理+降温包覆”技术。此技术通过精细控制反应条件，先以低浓度确保脂肪酸钠分子能够充分渗透至纳米碳酸钙表面，随后利用高温促进分子间的快速相互作用，使包覆更加紧密。降温步骤则巧妙利用温度变化引起的物理化学变化，进一步优化包覆层的均匀性和致密性。这一系列优化措施，极大地提高了碳酸钙粒子间的排斥力，使得原本难以分散的粉体结块变得易于打开，分散性能得到质的飞跃。

18、3.复分解法引入脂肪酸钙，突破传统束缚：鉴于过量脂肪酸钠可能作为粘结剂加剧粉体聚集的问题，本发明创造性地采用复分解法，以脂肪酸钙替代部分脂肪酸钠进行包覆。脂肪酸钙不仅保留了脂肪酸钠的优良分散性能，还因其分子结构特性，有效避免了过量导致的负面影响。这一替代策略，不仅简化了生产工艺，降低了成本，更重要的是，从根本上缓解了因粘结剂过量而加剧的粉体聚集现象，进一步减缓了纳米碳酸钙的软团聚，提升了产品的整体品质和市场竞争力。

19、4.三种包覆技术协同作用，实现性能全面升级：本发明的核心在于将上述三种包覆技术有机融合，形成了独特的协同作用机制。这种协同不仅体现在单一技术效果的叠加，更在于它们之间相互促进、相互增强的综合效应。通过磷酸钙的化学屏障作用、脂肪酸钠的均匀包覆以及脂肪酸钙的替代优化，本发明成功克服了纳米碳酸钙因软团聚而导致的分散性差这一顽疾，实现了材料性能的全面升级。这一技术突破，不仅为纳米碳酸钙的深加工和广泛应用开辟了新路径，也为相关领域的技术创新提供了宝贵的参考和借鉴。

技术特征：

1.一种提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法，其特征在于，步骤(2)中加入含2.0-5.0％氢氧化钙的悬浮液。

3.根据权利要求1所述的提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法，其特征在于，步骤(2)中所述磷酸溶液的质量浓度为5-15％，加入量由氢氧化钙的加入量根据生成磷酸钙的反应方程式计算得到。

4.根据权利要求1所述的提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法，其特征在于，步骤(3)再加入含0.5-1.5％脂肪酸钠的溶液。

5.根据权利要求1所述的提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(4)中所述脂肪酸钠为硬脂酸钠和棕榈酸钠的一种或两种组合。

6.根据权利要求1、4或5所述的提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法，其特征在于，所述脂肪酸钠溶液的质量浓度为10-20％。

7.根据权利要求1所述的提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法，其特征在于，步骤(4)中加入含2.5-3.5％脂肪酸钠的溶液。

8.根据权利要求1所述的提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法，其特征在于，步骤(4)所述可溶性钙盐为氯化钙和硝酸钙的一种或两种组合。

9.根据权利要求1所述的提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法，其特征在于，步骤(4)所述可溶性钙盐的质量浓度5-15％，加入量由脂肪酸钠的加入量根据生成脂肪酸钙的反应方程式计算得到。

10.根据权利要求1所述的提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法，其特征在于，步骤(5)中干燥的温度为100-130℃。

技术总结
本发明公开了一种提高纳米碳酸钙分散性的表面处理方法，包括以下步骤：(1)石灰石经煅烧得到生烧石灰，将生烧石灰与水消化制得石灰乳，石灰乳与二氧化碳进行碳酸化反应；(2)将纳米碳酸钙悬浮液移入处理罐中，加热悬浮液，接着加入氢氧化钙的悬浮液搅拌，然后向悬浮液中定时等量加入磷酸溶液；(3)保持碳酸钙悬浮液的温度，再加入脂肪酸钠的溶液，然后进行表面处理；(4)将悬浮液再加热，加入脂肪酸钠的溶液，开启搅拌，然后向悬浮液中定时等量加入可溶性钙盐溶液进行脂肪酸钙包覆；(5)将碳酸钙浆液经压滤机脱水，干燥，粉碎得到纳米碳酸钙成品粉。本发明采用的三种包覆技术可产生协同作用，可明显改善因软团聚而导致分散性差的情况。

技术研发人员：梁力戈,周璇,苏福山,陆初典,陆增梦,马文卓,姚锋业,黄辉亮,方强,朱勇
受保护的技术使用者：广西华纳新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/27