專利名稱：一種造紙涂布用片狀超細(xì)碳酸鈣的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及造紙涂布加工技術(shù)，尤其涉及一種造紙涂布用片狀超細(xì)碳酸鈣的制備方法。
背景技術(shù)：
碳酸鈣是一種重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，是目前用途最廣的無(wú)機(jī)填充料之一，廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、造紙、涂料、油墨等化工產(chǎn)品。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)碳酸鈣的形貌和粒度大小提出了越來越高的要求，必須大量生產(chǎn)各種規(guī)格的產(chǎn)品以滿足不同市場(chǎng)的需求。碳酸鈣產(chǎn)品超細(xì)化、系列化、功能化已成為碳酸鈣工業(yè)發(fā)展的方向。片狀超細(xì)碳酸鈣填料在造紙行業(yè)中，能提高紙張表面的平整度和光潔度，特別是可用來替代價(jià)格較貴的片狀高嶺土。對(duì)片狀超細(xì)碳酸鈣的研制始于20世紀(jì)80年代。由于 碳酸鈣的穩(wěn)定晶形一般是鏈狀、紡錘體和立方體狀，而不是片狀。因此對(duì)于片狀超細(xì)碳酸鈣的研究已成為人們研究的熱點(diǎn)。一般片狀超細(xì)碳酸鈣的制備由物理研磨法和化學(xué)合成法。上海東升新材料有限公司申請(qǐng)的發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?00810204979. 9)介紹了用纖維狀輕質(zhì)碳酸鈣(長(zhǎng)徑比為20 : I 80 : I)配成濃度為65-75%的漿料，然后加入助磨劑研磨得粒徑在O. 2 O. 6微米的片狀碳酸鈣，徑厚比為10 : I 30 : I。該法首先要通過化學(xué)法合成纖維狀輕質(zhì)碳酸鈣，然后再通過機(jī)械法研磨，工藝流程長(zhǎng)，生產(chǎn)能耗大。山東大學(xué)公開了一種擬六方片狀碳酸鈣亞穩(wěn)態(tài)晶型(文石)顆粒及其制備方法(申請(qǐng)?zhí)?00910019852. 4)，產(chǎn)品平均粒徑為I 2 μ m。由該法合成的片狀碳酸鈣粒徑大，達(dá)不到高檔紙張涂料對(duì)片狀超細(xì)碳酸鈣的粒度大小要求。河北工業(yè)大學(xué)發(fā)明了一種長(zhǎng)程有序?qū)訝罴{米結(jié)構(gòu)碳酸鈣多晶粉體及其制備方法(申請(qǐng)?zhí)?00910069268.X)。該粉體具有由表面活性劑十二烷基磺酸鈉所形成的雙層單元與片狀碳酸鈣納米晶單元交替排列成層狀納米結(jié)構(gòu)，它不同于層狀高嶺土，不能完全替代層狀高嶺土作為造紙涂布用填料。對(duì)于高檔造紙涂布填料用片狀超細(xì)碳酸鈣，其徑厚比大于4，粒徑在I微米左右，該產(chǎn)品未見工業(yè)化生產(chǎn)報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種造紙涂布用片狀超細(xì)碳酸鈣的制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)在碳酸鈣的生產(chǎn)過程中，一般所得產(chǎn)品主要是紡錘形、鏈狀或立方形，不適用于替代片狀高嶺土作為造紙涂布料用的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
造紙涂布用片狀超細(xì)碳酸鈣的制備方法，其特征在于，依次包括如下步驟
(I)準(zhǔn)備配制好的重量濃度為8 15%的氫氧化鈣漿料待用，控制初始碳化溫度在25 30°C，然后在攪拌下通入含有二氧化碳?xì)怏w體積濃度為20 35%的石灰窯氣進(jìn)行碳化，當(dāng)碳化率達(dá)到5 10%時(shí)停止碳化，形成含有碳酸鈣的碳化混合液。(2)在碳化混合液中加入酸性混合液，攪拌反應(yīng)5 10分鐘，在碳酸鈣的晶核表面異相成核生成丙酸鈣和乳酸鈣；其中酸性混合液由丙酸和乳酸構(gòu)成丙酸的加入量是碳酸鈣重量的O. 5 2. 0%，乳酸的加入量是碳酸I丐重量2. O O. 5%。(3)然后在攪拌下通入石灰窯氣，再次碳化I 3h至pH檢測(cè)值為6. 5 7，并控制碳化反應(yīng)的最高溫度不超過45°C，即得粒徑在I微米左右，徑厚比大于4的片狀超細(xì)碳酸鈣漿料。(4)片狀超細(xì)碳酸鈣漿料過濾至含水量小于50%的濾餅，可直接用于配制成造紙涂布料，或在80 110°C烘干，即 得片狀超細(xì)碳酸鈣粉體。所述的造紙涂布用片狀超細(xì)碳酸鈣的制備方法，其特征在于所述的碳化過程中通入含有二氧化碳?xì)怏w體積濃度為20 35%的石灰窯氣的速率控制在4m3/min 10 m3/min。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
本發(fā)明生產(chǎn)出來的片狀超細(xì)碳酸鈣平均直徑為小，厚度為薄，白度和吸油值達(dá)到達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，克服了現(xiàn)有技術(shù)在碳酸鈣的生產(chǎn)所得產(chǎn)品主要是紡錘形、鏈狀或立方形，可完全替代高嶺土作為造紙涂布用填料，給企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式
造紙涂布用片狀超細(xì)碳酸鈣的制備方法，其特征在于，依次包括如下步驟
(I)準(zhǔn)備配制好的重量濃度為8 15%的氫氧化鈣漿料待用，控制初始碳化溫度在25 30°C，然后在攪拌下通入含有二氧化碳?xì)怏w體積濃度為20 35%的石灰窯氣進(jìn)行碳化，當(dāng)碳化率達(dá)到5 10%時(shí)停止碳化，形成含有碳酸鈣的碳化混合液。(2)在碳化混合液中加入酸性混合液，攪拌反應(yīng)5 10分鐘，在碳酸鈣的晶核表面異相成核生成丙酸鈣和乳酸鈣；
其中酸性混合液由丙酸和乳酸構(gòu)成丙酸的加入量是碳酸鈣重量的O. 5 2. 0%，乳酸的加入量是碳酸I丐重量2. O O. 5%。(3)然后在攪拌下通入石灰窯氣，再次碳化I 3h至pH檢測(cè)值為6. 5 7，并控制碳化反應(yīng)的最高溫度不超過45°C，即得粒徑在I微米左右，徑厚比大于4的片狀超細(xì)碳酸鈣漿料。(4)片狀超細(xì)碳酸鈣漿料過濾至含水量小于50%的濾餅，可直接用于配制成造紙涂布料，或在80 110°C烘干，即得片狀超細(xì)碳酸鈣粉體。碳化過程中通入含有二氧化碳?xì)怏w體積濃度為20 35%的石灰窯氣的速率控制在 4m3/min 10 m3/min0為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。實(shí)施例I :
在10立方米的反應(yīng)釜中，加入濃度為8% (重量濃度)的氫氧化鈣漿料8立方米，通過夾套冷卻將氫氧化鈣漿料的溫度降至28°C，然后通入含二氧化碳?xì)怏w體積濃度為28%的窯氣進(jìn)行碳化，其中窯氣的流量為6立方米/分，攪拌機(jī)的功率為7. 5KW/時(shí)，轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分，碳化12分鐘，約碳化率在8%左右，碳化液的溫度升至31°C，停止碳化。然后加入丙酸9公斤和乳酸13. 5公斤的混合液，繼續(xù)攪拌6分鐘，此時(shí)在碳酸鈣晶粒的表面生成板狀丙酸鈣和乳酸鈣。然后按上述相同的碳化工藝條件(即保持通氣量和攪拌速率不變的情況下)繼續(xù)碳化2小時(shí)，此時(shí)反應(yīng)液的溫度已上升至42°C，為了防止碳化液的溫度升得過高，在碳化釜的夾套中通入冷卻水，維持反應(yīng)溫度不高于45°C，繼續(xù)碳化約30分鐘至反應(yīng)液的pH為6. 5 7,即到反應(yīng)終點(diǎn),停止碳化。采用日本JEM-1200EX II型透射電鏡測(cè)得片狀超細(xì)碳酸鈣的平均直徑為O. 9 I. I微米，厚度為O. 2 O. 4微米；根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T19590-2004)測(cè)得該產(chǎn)品的白度93，吸油值36，可完全替代高嶺土作為造紙涂布用填料。實(shí)施例2
在10立方米的反應(yīng)釜中，加入濃度為12% (重量濃度)的氫氧化鈣漿料8立方米，通過夾套冷卻將氫氧化鈣漿料的溫度降至28°C，然后通入含二氧化碳體積濃度為28%的窯氣進(jìn)行碳化，其中窯氣的流量為8立方米/分，攪拌機(jī)的功率為7. 5KW/時(shí)，轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分，碳化15分鐘，碳化液的反應(yīng)溫度已升至32°C，停止碳化，然后加入丙酸19. 3公斤和乳酸13. 5公斤的混合液，攪拌8分鐘，此時(shí)在碳酸鈣晶粒的表面生成板狀丙酸鈣和乳酸鈣。然后按實(shí)施例I相同的碳化工藝條件并控制好碳化液的溫度不高于45°C繼續(xù)碳化至反應(yīng)液的pH為
6.5 7,即反應(yīng)終點(diǎn)停止碳化。采用日本JEM-1200EX II型透射電鏡測(cè)得片狀超細(xì)碳酸鈣的平均直徑為I. O I. I微米，厚度為O. 2 O. 4微米;根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T19590-2004)測(cè)得該產(chǎn)品的白度92. 5，吸油值38，可完全替代高嶺土作為造紙涂布用填料。實(shí)施例3
在10立方米的反應(yīng)釜中，加入濃度為15% (重量濃度)的氫氧化鈣漿料8立方米，通過夾套冷卻將氫氧化鈣漿料的溫度降至30°C，然后通入含二氧化碳?xì)怏w體積濃度為28%的窯氣進(jìn)行碳化，其中窯氣的流量為8立方米/分，攪拌機(jī)的功率為7. 5KW/時(shí)，轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分，碳化20分鐘，碳化液的反應(yīng)溫度已升至34°C，停止碳化。然后加入丙酸22. 5公斤和乳酸22. 5公斤的混合液，攪拌10分鐘，此時(shí)在碳酸鈣晶粒的表面生成板狀丙酸鈣和乳酸鈣。按實(shí)施例I相同的碳化工藝條件并控制好碳化液的溫度不高于45°C繼續(xù)碳化至反應(yīng)液的pH為6. 5 7，即反應(yīng)終點(diǎn)停止碳化。采用日本JEM-1200EX II型透射電鏡測(cè)得片狀超細(xì)碳酸鈣的平均直徑為O. 8 I. O微米，厚度為O. 2 O. 3微米；根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T19590-2004)測(cè)得該產(chǎn)品的白度92. 5，吸油值40，可完全替代高嶺土作為造紙涂布用填料。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些 變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求
1.一種造紙涂布用片狀超細(xì)碳酸鈣的制備方法，其特征在于，依次包括如下步驟 (1)準(zhǔn)備配制好的重量濃度為8 15%的氫氧化鈣漿料待用，控制初始碳化溫度在25 30°C，然后在攪拌下通入含有二氧化碳?xì)怏w體積濃度為20 35%的石灰窯氣進(jìn)行碳化，當(dāng)碳化率達(dá)到5 10%時(shí)停止碳化，形成含有碳酸鈣的碳化混合液； (2)在碳化混合液中加入酸性混合液，攪拌反應(yīng)5 10分鐘，在碳酸鈣的晶核表面異相成核生成丙酸鈣和乳酸鈣； 其中酸性混合液由丙酸和乳酸構(gòu)成丙酸的加入量是碳酸鈣重量的O. 5 2. 0%，乳酸的加入量是碳酸I丐重量2. O O. 5% ； (3)然后在攪拌下通入石灰窯氣，再次碳化I 3h至pH檢測(cè)值為6.5 7,并控制碳化反應(yīng)的最高溫度不超過45°C，即得粒徑在I微米左右，徑厚比大于4的片狀超細(xì)碳酸鈣漿料； (4)片狀超細(xì)碳酸鈣漿料過濾至含水量小于50%的濾餅，可直接用于配制成造紙涂布料，或在80 110°C烘干，即得片狀超細(xì)碳酸鈣粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的造紙涂布用片狀超細(xì)碳酸鈣的制備方法，其特征在于所述的碳化過程中通入含有二氧化碳?xì)怏w體積濃度為20 35%的石灰窯氣的速率控制在4m3/min 10 m3/min0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種造紙涂布用片狀超細(xì)碳酸鈣的制備方法，在碳酸鈣的合成過程中，控制一定的碳化溫度，當(dāng)碳化率達(dá)到5～10%時(shí)，停止碳化，加入已配制好的丙酸和乳酸混合液，攪拌后在碳酸鈣的晶核表面生成板狀丙酸鈣和乳酸鈣，作為晶形控制劑，然后再繼續(xù)碳化，由于碳酸鈣的溶度積小于丙酸鈣和乳酸鈣的溶度積，所以在碳酸鈣晶粒的表面不斷由碳酸鈣置換丙酸鈣和乳酸鈣，而置換出的丙酸和乳酸又在碳酸鈣的表面沉積作為新的晶形控制劑，從而達(dá)到碳酸鈣粒徑大小和形貌可控。本發(fā)明生產(chǎn)出來的片狀超細(xì)碳酸鈣平均直徑為小，厚度為薄，白度和吸油值達(dá)到達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可完全替代高嶺土作為造紙涂布用填料，給企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)D21H19/38GK102674423SQ201210112558
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者徐宇坤, 顧慶雷 申請(qǐng)人:池州凱爾特納米科技有限公司