一種常溫大氣量生產(chǎn)納米碳酸鈣的工業(yè)制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種常溫大氣量生產(chǎn)納米碳酸鈣的工業(yè)制備方法，解決了現(xiàn)有制備方法存在的納米碳酸鈣產(chǎn)品品質(zhì)的重現(xiàn)性差和產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定的問題。包括以下步驟：在碳化反應釜中加入反應釜容積的60-80%的Ca(OH)2懸浮液,Ca(OH)2懸浮液的質(zhì)量濃度為6-10%；調(diào)整加入到碳化反應釜中的Ca(OH)2懸浮液的溫度，使其達到25-40℃；以0.6-0.8立方米/秒的速率向碳化反應釜中通入二氧化碳和氮氣的混合氣體，在Ca(OH)2的懸浮液中加入Ca(OH)2的總質(zhì)量的0.2-0.5‰的分散劑，將納米碳酸鈣漿料加熱至60-80℃，然后加入包覆劑。產(chǎn)品品質(zhì)重現(xiàn)率高，反應裝置產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)容易。
【專利說明】一種常溫大氣量生產(chǎn)納米碳酸鈣的工業(yè)制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳酸鈣的制備方法，特別涉及一種納米碳酸鈣的工業(yè)制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米碳酸鈣是指粒徑小于100納米的超細微粉體，納米活性碳酸鈣是指碳酸鈣經(jīng)表面有機處理后由親水性變成親油性的化工產(chǎn)品，產(chǎn)品可廣泛應用于汽車底漆、橡膠、塑料等行業(yè)。超細化、粒徑分布窄、晶體形貌穩(wěn)定和產(chǎn)品品質(zhì)重現(xiàn)性高是該產(chǎn)品的一個基本要求。目前，納米碳酸鈣的制備方法有噴霧碳化法、超重力法、帶攪拌低溫碳化沉淀法等。噴霧碳化法生產(chǎn)納米碳酸鈣，生產(chǎn)過程中存在噴料口堵塞、二氧化碳利用率低等問題，產(chǎn)品能耗高，生產(chǎn)裝置難以實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行；超重力法生產(chǎn)納米碳酸鈣，生產(chǎn)裝置能耗高，反應生成的高表面能的納米碳酸鈣易結(jié)在反應器內(nèi)，為保證產(chǎn)品質(zhì)量需定期進行酸洗，運行穩(wěn)定性差；帶攪拌低溫碳化沉淀法生產(chǎn)納米碳酸鈣，合成粒子粒徑分布寬，分散性差，反應過程中需控制二氧化碳的通入量和控制反應過程的溫度，裝置產(chǎn)能低、能耗較高。上述幾種納米碳酸鈣的生產(chǎn)方法，在產(chǎn)業(yè)化過程中，因能耗較高、反應裝置的不穩(wěn)定和制備工藝方法中產(chǎn)業(yè)化中影響評價不足，造成了納米碳酸鈣產(chǎn)品品質(zhì)的重現(xiàn)性差，產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種常溫大氣量生產(chǎn)納米碳酸鈣的工業(yè)制備方法，解決了現(xiàn)有制備方法存在的納米碳酸鈣產(chǎn)品品質(zhì)的重現(xiàn)性差和產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定的問題。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決以上技術(shù)問題的:
一種常溫大氣量生產(chǎn)納米碳酸鈣的工業(yè)制備方法，包括以下步驟:
第一步、在碳化反應釜中加入反應釜容積的60-80%的Ca(OH)2懸浮液，Ca(OH)2懸浮液的質(zhì)量濃度為6-10% ；
第二步、調(diào)整加入到碳化反應釜中的Ca(OH)2懸浮液的溫度，使其達到25-40°C ；
第三步、以0.6-0.8立方米/秒的速率向碳化反應釜中通入二氧化碳和氮氣的混合氣體，在該混合氣體中二氧化碳氣體的體積濃度為35%-60%，以Ca(OH)2懸浮液的質(zhì)量濃度為基準計算出Ca(OH)2的總質(zhì)量，當Ca(OH)2懸浮液中參與和二氧化碳反應的Ca(OH)2的質(zhì)量達到Ca(OH)2的總質(zhì)量的8-10%時，加入Ca(OH)2的總質(zhì)量的0.5-2%的晶型調(diào)節(jié)劑，繼續(xù)碳化，直至Ca (OH) 2懸浮液的PH值達6-7，生成納米級的立方形碳酸鈣，反應溫度控制在38-70 0C ；
第四步、在Ca(OH)2的懸浮液中加入Ca(OH)2的總質(zhì)量的0.2-0.5%。的分散劑，通過分散劑與碳酸鈣親水性基團結(jié)合形成雙電層來調(diào)整納米粒子的表面電荷；
第五步、將脂肪酸或水溶性肽酸酯偶聯(lián)劑中的一種或兩種與水混合配置成包覆劑，包覆劑的質(zhì)量濃度為10-20% ；
第六步、將納米碳酸鈣漿料加熱至60-80°C，然后加入包覆劑，包覆劑按參與反應的Ca(OH)2的總質(zhì)量的1-6%加入，按第五步配置成水溶液，包覆處理時間為1-3小時，即獲得納米活性碳酸鈣。
[0005]所說的晶型調(diào)節(jié)劑為磷酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽、單糖或多糖中的一種或其混合物。
[0006]所說的分散劑為氯化物鹽、聚丙烯酸鹽的一種或幾種混合物。
[0007]所說的脂肪酸為C12-C18的脂肪酸，水溶性鈦酸脂偶聯(lián)劑為CT-54偶聯(lián)劑、丙酸鈦CT-64偶聯(lián)劑或醇胺脂肪酸鈦偶聯(lián)劑中的一種或幾種。
[0008]按上述方法合成的納米活性碳酸鈣粒子在50_80nm之間可控，立方形，比表面積大于24m2/g，吸油值小于27g/100gCa0C3，分散性好，無團聚現(xiàn)象，可作為高檔橡膠、塑料以及汽車底漆的功能填料。采用本方法，合成時間為帶攪拌低溫碳化沉淀法生產(chǎn)的合成時間的20%，產(chǎn)品重現(xiàn)率達到99%。
[0009]本發(fā)明提供了一種新的制備納米活性碳酸鈣的方法。該方法吸取攪拌碳化沉淀法的優(yōu)點，根據(jù)結(jié)晶學的基本原理，引入晶控劑和分散劑，大幅增大參與反應的二氧化碳氣量，尋找到一種與高反應速度下的納米碳酸鈣生產(chǎn)方法，與傳統(tǒng)的納米碳酸鈣生產(chǎn)工藝相t匕，該方法反應速度高，反應終了溫度高，反應時間短，產(chǎn)品品質(zhì)重現(xiàn)率高，反應裝置產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)容易。綜合優(yōu)化了反應速度、傳質(zhì)速率、結(jié)晶控制三方面因素，實現(xiàn)了晶體的成核速率及各晶面的生長速率的控制。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做詳細的描述。
[0011]實施例一:
第一步、在直徑為3米高度為6米的碳化反應釜中加入40立方米的Ca(OH)2懸浮液，Ca(OH)2懸浮液的質(zhì)量濃度為7.92% ；`
第二步、調(diào)整Ca(OH)2懸浮液的溫度到24°C ；
第三步、以0.6-0.8立方米/秒的速率，向反應釜內(nèi)通入二氧化碳和氮氣的混合氣體，混合氣體中二氧化碳氣體的體積濃度為52%，經(jīng)過10分鐘后，當Ca(OH)2懸浮液的碳化率達8-10%時，加入66公斤的多糖，繼續(xù)碳化，直至Ca (OH) 2懸浮液的PH值6.85，生成納米級的立方形碳酸鈣，反應終了溫度為61°C ；
第四步、在Ca(OH)2的懸浮液中加入9公斤的聚丙烯酸鹽；
第五步、將164千克的脂肪酸配置成10%水溶液包覆劑；
第六步、將納米碳酸鈣漿料加熱至85°C，然后加入包覆劑，包覆處理時間為4小時，即獲得納米活性碳酸鈣。
[0012]實施例二:
第一步、在直徑為3米高度為6米的碳化反應釜中加入加入高35立方米的Ca(OH)2懸浮液，Ca (OH) 2懸浮液的質(zhì)量濃度為8.0% ；
第二步、調(diào)整Ca(OH)2懸浮液的溫度到35°C ；
第三步、以0.6-0.8立方米/秒的速率向反應釜內(nèi)通入二氧化碳和氮氣的混合氣體，混合氣體中二氧化碳氣體的體積濃度為52%，經(jīng)過10分鐘后，Ca(OH)2懸浮液的碳化率達8-10%時，加入50公斤的多糖和磷酸鹽的混合物，繼續(xù)碳化，直至Ca(OH)2懸浮液的PH值
6.78，生成納米級的立方形碳酸鈣，反應終了溫度為43°C ；。[0013]第四步、在Ca(OH)2的懸浮液中加入15Kg聚丙烯酸鹽；
第五步、將172公斤的脂肪酸配置成10%水溶液包覆劑；
第六步、將納米碳酸鈣漿料加熱至85°C，然后加入包覆劑，包覆處理時間為3小時，即獲得納米 活性碳酸鈣。
【權(quán)利要求】
1.一種常溫大氣量生產(chǎn)納米碳酸鈣的工業(yè)制備方法，包括以下步驟: 第一步、在碳化反應釜中加入反應釜容積的60-80%的Ca(OH)2懸浮液，Ca(OH)2懸浮液的質(zhì)量濃度為6-10% ； 第二步、調(diào)整加入到碳化反應釜中的Ca(OH)2懸浮液的溫度，使其達到25-40°C ； 第三步、以0.6-0.8立方米/秒的速率向碳化反應釜中通入二氧化碳和氮氣的混合氣體，在該混合氣體中二氧化碳氣體的體積濃度為35%-60%，以Ca(OH)2懸浮液的質(zhì)量濃度為基準計算出Ca(OH)2的總質(zhì)量，當Ca(OH)2懸浮液中參與和二氧化碳反應的Ca(OH)2的質(zhì)量達到Ca(OH)2的總質(zhì)量的8-10%時，加入Ca(OH)2的總質(zhì)量的0.5-2%的晶型調(diào)節(jié)劑，繼續(xù)碳化，直至Ca(OH)2懸浮液的PH值達6-7，生成納米級的立方形碳酸鈣，反應溫度控制在38-70 0C ； 第四步、在Ca(OH)2的懸浮液中加入Ca(OH)2的總質(zhì)量的0.2-0.5%。的分散劑，通過分散劑與碳酸鈣親水性基團結(jié)合形成雙電層來調(diào)整納米粒子的表面電荷； 第五步、將脂肪酸或水溶性肽酸酯偶聯(lián)劑中的一種或兩種與水混合配置成包覆劑，包覆劑的質(zhì)量濃度為10-20% ； 第六步、將納米碳酸鈣漿料加熱至60-80°C，然后加入包覆劑，包覆劑按參與反應的Ca(OH)2的總質(zhì)量的1-6%加入，按第五步配置成水溶液，包覆處理時間為1-3小時，即獲得納米活性碳酸鈣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種常溫大氣量生產(chǎn)納米碳酸鈣的工業(yè)制備方法，其特征在于，所說的晶型調(diào)節(jié)劑為 磷酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽、單糖或多糖中的一種或其混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種常溫大氣量生產(chǎn)納米碳酸鈣的工業(yè)制備方法，其特征在于，所說的分散劑為氯化物鹽、聚丙烯酸鹽的一種或幾種混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種常溫大氣量生產(chǎn)納米碳酸鈣的工業(yè)制備方法，其特征在于，所說的脂肪酸為C12-C18的脂肪酸，水溶性鈦酸脂偶聯(lián)劑為CT-54偶聯(lián)劑、丙酸鈦CT-64偶聯(lián)劑或醇胺脂肪酸鈦偶聯(lián)劑中的一種或幾種。
【文檔編號】C09C1/02GK103509378SQ201310498210
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】郭俊凌, 沈曉峰, 馬建民, 段秀紅, 鞏艷萍 申請人:山西蘭花華明納米材料有限公司