CN100431962C - 碱式碳酸镁及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由片状微晶构成的呈管状聚集的颗粒形式的碱式碳酸镁。由于呈独特的多孔和管状形式，该碱式碳酸镁具有各种优异的特性。

Description

碱式碳酸镁及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及具有新颖和特定形状的碱式碳酸镁及其制备方法，以及包含该碱式碳酸镁的低密度纸填料，低密度纸，中空载体，功能性颗粒，组合物或结构等。更具体地，本发明涉及包含具有新颖和特定形状之片状微晶的聚集颗粒的碱式碳酸镁及其制备方法，以及用于将纸张转化成低密度和高硬度纸张的低密度纸填料，包含该填料的低密度纸，其中采用具有管状结构的碱式碳酸镁的中空载体，以及包含用于封装活性成分的载体的功能性颗粒，包含碱式碳酸镁的组合物或结构。

背景技术

工业上应用的碱式碳酸镁以化学式mMgCO₃·Mg(OH)₂·nH₂O来表示。该化学式中m和n所代表的数值，依生产条件而变化，因而不是常数。通常，m为3～5，n为3～8。

碱式碳酸镁通常以片状微晶的无定形聚集颗粒的形式得到，其特征在于堆积密度(bulk density)低至0.2～0.3g/mL，比表面积相当高，为10～40m²/g。

通过利用上述特性，碱式碳酸镁已经应用于诸如橡胶，油漆，造纸，医药产品，化妆品，建筑材料和陶瓷材料等领域。具体地，作为橡胶填料，其具有诸如赋予混合天然橡胶以透明性及提高橡胶强度等特性。

作为制备碱式碳酸镁的方法，有很多方法，例如采用可溶性镁盐(如氯化镁)与碳酸钠反应的纯碱(soda ash)法，采用可溶性镁盐与碳酸铵反应的碳酸铵法，及采用氢氧化镁与二氧化碳气体反应的气体法。在这些方法的任何一种方法中，碱式碳酸镁的制备都必须通过长时间熟化正常碳酸镁(以化学式MgCO₃·nH₂O来表示，式中n一般为3)或碳酸氢镁(Mg(HCO₃)₂)，其作为中间产物是通过镁源与碳酸盐源反应而得到的。

很早以前就已经开始了碱式碳酸镁的研发。例如，日本专利第1207124号公开一种在适当温度条件下，通过在短时间内熟化含正常碳酸镁的悬浮液来制备碱式碳酸镁的方法，该碱式碳酸镁具有优异的性能，可以作为填料应用于橡胶；且JP-A-61-31314提出一种在水溶性硫酸盐存在下，通过水溶性镁源与水溶性碳酸盐反应来制备碱式碳酸镁的方法，该碱式碳酸镁具有优异的性能，可以作为填料应用于合成树脂。

此外，JP-A-2-208220公开一种具有特定油吸附量和比表面积的碱式碳酸镁，其是通过循环加热碳酸氢镁的水溶液而制备的；JP-A-3-97618提出一种具有特定X-射线衍射图案的碱式碳酸镁，其是在羟基羧酸共存下，通过加热正常碳酸镁的悬浮液而得到的。而且，注意力集中在碱式碳酸镁颗粒形状上的出版物，包括日本专利第1635418号和第2602444号，其中提出了呈球形多孔颗粒状的碱式碳酸镁，其是通过初级颗粒的聚集而形成的，并且具有特定的堆积密度和比表面积等特征。

发明内容

如上所述，尽管已经对碱式碳酸镁进行了很多研究，但是在目前的情况下，碱式碳酸镁的用途仍然仅限于有限的领域，如橡胶的填料等。另外，就颗粒形状而言，已知的仅有无定形的和球形的，其包含片状的微晶，且其性能和用途远不能令人满意。因而，期盼这样一种碱式碳酸镁，其具有新的形状，能够将其应用扩大到其它领域，具有改进的性能和改进的功能等。

考虑到这种境况，为了扩大碱式碳酸镁的用途、改进其性能和功能，本发明的发明人试图通过控制其颗粒形状合成一种具有新特性的碱式碳酸镁。因而，发明人进行了苦心的研究，并取得了开发的成功，进而完成了本发明。因此，本发明的目的是提供一种具有新形状且因该形状而具有各种优良特性的碱式碳酸镁及其制备方法，以及包含该碱式碳酸镁且因该碱式碳酸镁的特性等而具有各种优异特性的用于低密度纸的填料，低密度纸，中空载体，功能性颗粒，组合物或结构。

本发明提供一种碱式碳酸镁及其制备方法，以及包含该碱式碳酸镁的组合物和结构，以便解决上述问题。其中，该碱式碳酸镁具有片状微晶之管状聚集的颗粒新形状。

本发明的片状微晶管状聚集颗粒的碱式碳酸镁具有上述的新形状，且形成该聚集颗粒的片状微晶具有0.005～0.5μm的厚度和0.1～10μm的直径(意指贯穿最长部分的距离)。这些片状微晶的呈卡片箱(card house)结构的聚集体即为本发明的碱式碳酸镁。

制备根据本发明的具有新结构的碱式碳酸镁的方法包括两个实例。

第一方法(S方法)包括制备正常碳酸镁的柱状颗粒的第一步骤；及使第一步骤制备的正常碳酸镁经受热处理，进而制备包含管状聚集的颗粒的碱式碳酸镁的第二步骤，其中要求第一步骤在20～60℃的温度下进行，第二步骤在35～80℃的温度下进行，条件是第二步骤的温度高于第一步骤的温度。

第二方法(G方法)包括通过引入含二氧化碳的气体于氢氧化镁的悬浮液中，进而制备碳酸氢镁溶液的第一步骤；通过调节碳酸氢镁溶液的pH范围为7.5～11.0，进而制备正常碳酸镁的柱状颗粒的第二步骤；及通过调节正常碳酸镁柱状颗粒的悬浮液的pH和温度范围分别为9.0～12.0和30～75℃，然后保持该温度范围，进而制备碱式碳酸镁的第三步骤。

本发明的碱式碳酸镁具有各种优异特性，例如因其多孔和管状的独特形状而具有的高比表面积，高孔隙体积，高吸油性，高吸水性和低堆积密度。因此，通过包含碱式碳酸镁于任何不同的组合物或结构(如橡胶，树脂，纸张，成型制品，药物或农药，及化妆品)中，可以给每种不同的产品赋予上述特性，这就是本发明的组合物或结构。

此外，包含本发明的碱式碳酸镁的纸张填料，不仅因为碱式碳酸镁的前述特性而能够更有效地降低纸张的密度，而且可以有效地提高纸张的刚性，这就是本发明的用于低密度纸的填料。另外，包含填料的纸张即为本发明的低密度纸，其在具有低密度的同时还具有较高的刚性。

而且，由于碱式碳酸镁具有管状的中空结构，所以其作为载体的特性也是优异的，该载体就是本发明的中空载体。另外，将活性成分封装于中空载体内，并且具有缓释性、遮蔽性或受控释放性等特性的颗粒即为本发明的功能性颗粒。

附图说明

图1是得自实施例1的包含片状微晶之管状聚集颗粒的碱式碳酸镁颗粒形状的SEM照片(×1000)。

图2是得自实施例1的包含片状微晶之管状聚集颗粒的碱式碳酸镁颗粒形状的SEM照片(×25000)。

图3是得自实施例5的包含片状微晶之管状聚集颗粒的碱式碳酸镁颗粒形状的SEM照片(×10000)。

图4是得自实施例6的包含片状微晶之管状聚集颗粒的碱式碳酸镁颗粒形状的SEM照片(×10000)。

具体实施方式

下文中将详述实施本发明的最佳方式，然而，显而易见的是本发明并不受其任何限制，而是由权利要求书来规定。

本发明提供具有新形状的碱式碳酸镁及其制备方法，以及包含该碱式碳酸镁的组合物或结构等。本发明的碱式碳酸镁具有特定的形状，即片状微晶的管状聚集的颗粒，且形成该聚集颗粒的片状微晶具有0.005～0.5μm的厚度和0.1～10μm的直径。这种片状微晶聚集成卡片箱状的聚集体即为本发明的碱式碳酸镁。

本文所述的碱式碳酸镁由化学式mMgCO₃·Mg(OH)₂·nH₂O表示，其中对m和n所表示的值没有特殊的限制，在公知的碱式碳酸镁中，其可以是m为3～5，n为3～8。

本发明之碱式碳酸镁的管状聚集颗粒是片状微晶不易分散的聚集体，这取决于环境的变化如简单的搅拌、温度或pH，但是通过碱式碳酸镁之片状微晶的聚集，其物理结构是固定的，尽管精确的机制尚不清楚。

该碱式碳酸镁因其独特的颗粒形状，即包含片状微晶的管状，而带来各种优异的效果。具体地，因其具有拉伸性的管状物形状，因而发挥了作为树脂、橡胶等的填料的加强作用。此外，因片状微晶之聚集颗粒所致的颗粒表面的不规则性，当其用作任何不同的填料时，可以提高对基质的粘附性。另外，由于其为卡片箱状结构的聚集颗粒，所以其作为多孔材料的性能也是优异的，因而还可以作为各种有效的吸附剂、载体等。

而且，包含管状聚集颗粒的碱式碳酸镁需要具有0.5～5μm的内径，1～20μm的外径，0.1～0.95的内径/外径比，5～200μm的长度，及2～50的长度/外径的比例，且优选长度/外径的比例为4～50。从而可以有效地展示上述特性。

此外，由于特定的管状形状，所以作为粉末的堆积密度降低，因而当其用作任何种类的填料时，可以减轻产品的重量。除此之外，由于孔隙的增加，其绝热性能也是优异的。此外，管状物的内部空间可以用作反应区域，用于合成精细的载体(vessel)或精细的颗粒，或者其还可用于合成作为模板用的管状结构的微管(microtube)。而且，由于它具有管状的中空结构，所以它还是有效的载体，在其管状结构的内部可以内含活性成分。

要求本发明的包含管状聚集颗粒的碱式碳酸镁具有70～200m²/g，优选85～200m²/g，更优选90～200m²/g的按BET方法的比表面积，或者优选这样的孔隙，其中由汞孔隙度测定法测得的孔径为0.01～100μm的孔隙的孔体积(A)为5000～12000mm³/g，且孔径为0.5～5μm的孔隙的孔体积(B)与前述孔隙的孔体积(A)之比B/A为0.45～0.85。要求比表面积和孔体积均落入上述范围，从而更有效地展示由管形状所产生的特性。

本发明的发明人推测，这种比表面积和孔隙度测量值均由独特的管状形状产生。更具体地，据信，由于管状的形状，所以表面也产生于管状物的内壁上，因而比表面积增加。另外，还据信，通过设定管内径为0.5～5μm，特别增加了直径为0.5～5μm的孔隙的孔体积比例。

关于管状形状，根据SEM和TEM的观测，在外表面上有片状微晶相关的端面，然而，与之相反，管的内表面却呈比较平滑的状态，没有清楚地发现如该外表面一样存在相关片状微晶的端面。再者，不仅存在两端开口的管，而且也存在两端呈封闭状的管。

接下来说明本发明的制备碱式碳酸镁的方法，该碱式碳酸镁包含片状微晶的管状聚集颗粒。如上所述，本发明包括两种制备方法(S方法，G方法)。

第一方法(下文中称之为S方法)包括：在20～60℃的温度下通过混合水溶性镁盐和水溶性碳酸盐于水溶液中，进而制备正常碳酸镁的柱状颗粒的第一步骤；及使正常碳酸镁的柱状颗粒的悬浮液，在高于制备正常碳酸镁的第一步骤的温度下，以及在35～80℃的温度下进行热处理的第二步骤。由于这两个步骤的存在，所以可以制得包含片状微晶之管状聚集颗粒的碱式碳酸镁。

用于第一步骤的水溶性镁盐可以是任何一种水溶性镁盐，对其使用没有任何特殊的限制。其说明性实例包括氯化镁，硫酸镁，硝酸镁，乙酸镁等。作为水溶性镁盐，还可以使用按氢氧化镁法在脱硫和中和步骤中产生的含硫酸镁的溶液，这从有效利用工业副产物的角度来看也是优选的。

本文所述氢氧化镁法之脱硫和中和步骤是消除硫氧化物的步骤，该硫氧化物是在燃煤过程产生的废气中所包含的，其通过与氢氧化镁反应而除去；或者是用氢氧化镁中和废弃硫酸的步骤。因此，在该步骤中作为副产物产生包含硫酸镁的溶液。尽管含硫酸镁的溶液目前均作为废水排放到海洋中，但是从全球环境保护或者资源再利用的角度来看，需要对其进行有效利用。

此外，关于水溶性碳酸盐，与镁盐类似，可以使用任何一种水溶性碳酸盐，没有特殊的限制。其说明性实例包括碳酸钠，碳酸钾，碳酸铵等。作为水溶性碳酸盐，还可以使用通过引入并吸收二氧化碳气体于氢氧化钠、氢氧化钾或氨水等碱性物质的水溶液中而制备的碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵等。特别是，根据该方法，可以利用废气等中包含的二氧化碳气体作为碳酸盐的来源，因此，可以有效地降低二氧化碳气体的排放量。

在第一步骤中，使前述的水溶性镁盐和水溶性碳酸盐在水溶液中反应，从而沉淀出作为中间产物的正常碳酸镁的柱状颗粒。沉淀方法可包括例如氯化镁水溶液加到碳酸钠水溶液中的方法，及碳酸铵加到硫酸镁水溶液中的方法，也可以是镁离子和碳酸根离子通过混合水溶性镁盐与水溶性碳酸盐于溶液中而发生反应的情形。优选该反应在搅拌反应液体的情况下进行，目的是为了保持反应的均匀性。

对第一步骤中所用水溶性镁盐和水溶性碳酸盐的浓度没有特殊的限制，可以在顾及要制备的正常碳酸镁的量的情况下任意选取。优选如此调节浓度，使得正常碳酸镁的悬浮液中的固含量为10～300g/L。当该含量小于10g/L时，会削弱生产效率。当该含量大于300g/L时，悬浮液的粘度会变得如此之高，使其难于搅拌，从而难于均匀有效地进行反应。

此外，关于水溶性镁盐与水溶性碳酸盐的量的比例，优选镁(Mg)∶碳酸(CO₃)的摩尔比为1∶0.7至1∶2.0，更优选为1∶0.8至1∶1.8。通过控制该摩尔比落入上述范围，可以有效地制备正常碳酸镁。当该摩尔比不在所述范围时，过多存在的水溶性镁盐或水溶性碳酸盐被浪费，这在经济上是不可取的。另外，在第二步骤中制备管状碱式碳酸镁时还可能产生不利的影响。

要求在第一步骤中制备的正常碳酸镁的形状为柱形的，并且优选其直径为0.5～10μm，长度为5～500μm，且长度/直径比为2～500。当直径、长度及长度/直径比落入前述范围时，可以在第二步骤中有效地得到碱式碳酸镁的管状聚集颗粒，其粉末特性如比表面积，孔隙度测定值和堆积密度更优异。

而且，对于具有不同于上述形状的正常碳酸镁而言，在第二步骤中制备碱式碳酸镁所需的时间可能会很长，从而降低生产效率，也可能得到不目标的管状颗粒。在第一步骤中制备的正常碳酸镁为化学式MgCO₃·nH₂O所示的碳酸镁水合物，式中n一般为3，但是只要其具有上述形状，n也可以为3以外的任何数值，对此没有限制。

据信，通过自正常碳酸镁的柱状颗粒的表面生成碱式碳酸镁的片状微晶，本发明的碱式碳酸镁形成独特的管状形状。因而可以推测，作为中间产物的正常碳酸镁的形状极大地影响作为最终产物的碱式碳酸镁的形状。因此，特别重要的是正常碳酸镁应具有合适的形状，优选具有0.5～10μm的直径，5～500μm的长度，及2～500的长度/直径比，办法是根据目标碱式碳酸镁的形状、特别是直径和长度，调整制备作为中间产物的正常碳酸镁的制备条件。

因此，为了制备正常碳酸镁的柱状颗粒，进而在第二步骤中有效地得到具有目标形状的管状碱式碳酸镁，需要将水溶性镁盐与水溶性碳酸盐在水溶液中的反应温度设定为20～60℃。当反应温度低于20℃时，这是不实用的，因为这极大地降低了作为中间产物的正常碳酸镁的生产速度，从而降低了生产效率。相反，当反应温度高于60℃时，本发明的目的不能实现，因为不能得到具有目标形状的正常碳酸镁，或者不能在接下来的第二步骤中得到管状的碱式碳酸镁。

此外，当需要通过调节第一步骤中制备的正常碳酸镁的形状，进而控制第二步骤中制备的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒的形状时，正常碳酸镁的形状可以通过随意地控制第一步骤反应条件来调节。例如，就正常碳酸镁柱状颗粒的直径而言，当制备正常碳酸镁的温度较高时，柱状颗粒就具有较小的直径。就pH而言，当第一步骤中开始制备正常碳酸镁时的pH较高时，可以制备直径较小的正常碳酸镁的柱状颗粒。

尽管在第一步骤中得到的正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液可以直接用于第二步骤，但是在需要回收以杂质形式溶解于悬浮液中的可溶性镁盐的阴离子组分或可溶性碳酸盐的阴离子组分的情形中，或者在不希望作为最终产物的正常碳酸镁中保留这些杂质的情况下，可以通过用水等置换该液体的方式消除该杂质。

接下来，在第二步骤中，使得自第一步骤的正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液在35～80℃，及高于第一步骤的温度下经受热处理，以制备碱式碳酸镁。重要的是，务必将第二步骤的热处理温度设定为高于第一步骤的制备正常碳酸镁的温度。

当温度低于第一步骤的温度或者低于35℃时，不能得到目标的管状碱式碳酸镁，或者因为反应时间太长导致生产效率降低而不实用。高于80℃的温度导致所制备的碱式碳酸镁颗粒具有较差的均匀性，且无定形至球形聚集颗粒的污染会显而易见。

此外，还是在第二步骤中，与第一步骤中类似，仍然优选对反应液体实施搅拌，目的是为了保持反应的均匀性。对要经受热处理的正常碳酸镁悬浮液的固含量没有特殊的限制，但是可以根据要制备的碱式碳酸镁的量来选取，优选将所得碱式碳酸镁悬浮液的固含量调整为5～100g/L。当固含量小于5g/L时，生产效率会降低，由此导致不实用的结果。当固含量大于100g/L时，悬浮液的粘度会变得如此之高，使之难于搅拌，从而损害产品的均匀性并降低生产效率。

此外，关于热处理中正常碳酸镁的悬浮液的pH，优选该pH条件为7.5～11.5，更优选为8.5～11.5。当pH低于7.5时，由正常碳酸镁制备碱式碳酸镁的生产速度降低，进而降低生产效率。另外，正常碳酸镁还可能保留在最终产物中。而且，当pH高于11.5时，可能损害最终产物的颗粒均匀性，且容易混有无定形至球形的颗粒。

为了调整pH使之落入上述范围，可以调节水溶性镁盐与水溶性碳酸盐的量的比例，也可以在第二步骤中通过加入酸性物质或碱性物质进行调节。对于前一情形，可以通过增加水溶性镁盐的量实现到酸性条件的调整，同时可以通过增加水溶性碳酸盐的量实现到碱性条件的调整。对于后一情形，可加入的酸性物质的实例包括例如盐酸、硫酸和硝酸，可加入的碱性物质的实例包括例如氢氧化钠、氢氧化钾和氨水。

在第二步骤中，需要持续进行加热和搅拌，直至碱式碳酸镁的制备完成为止。碱式碳酸镁的制备完成可以通过测量悬浮液的pH、电导率等来确定。例如，就pH而言，悬浮液的pH在碱式碳酸镁的制备过程随时间而逐步地降低，待制备完成后，pH几乎保持为常数。

根据上述方法，可以得到包含碱式碳酸镁之片状微晶的管状聚集颗粒。当需要如此制备的管状聚集颗粒具有更均匀的颗粒形状时，即需要制备管状聚集颗粒之外的其它形状的颗粒的比例较低或不含其它的管状聚集颗粒时，

需要按下述调整第一步骤和第二步骤的反应条件。

关于第一步骤中所用水溶性碳酸盐的种类，优选使用强碱性碳酸盐，以选择性地制备管状聚集颗粒，更优选使用碳酸钠和/或碳酸钾。

关于第一步骤中制备正常碳酸镁的柱状颗粒的温度，当该温度较低或较高时，碱式碳酸镁的柱状聚集颗粒最终往往倾向于混合。为了降低污染物的比例或避免污染物，优选将温度调节至适宜的温度，更适宜将第一步骤中制备正常碳酸镁的柱状颗粒的温度设定为25～55℃，特别是28～50℃。

此外，关于第二步骤中热处理正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液的温度，当该温度较低或较高时，碱式碳酸镁的柱状聚集颗粒倾向于混合。为了降低污染物的比例或避免污染物，存在适宜的温度范围，优选将温度调节为40～70℃，更优选为45～65℃。关于第二步骤中热处理正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液的pH，管状聚集颗粒可以在较高的温度下，特别是在9.5～11.5的pH、优选在10.0～11.5的pH下，以更高的选择性制备。

关于第一步骤中制备正常碳酸镁的柱状颗粒的温度与第二步骤中热处理正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液的温度间的关系，现已有报导，第二步骤中的温度必须高于第一步骤中的温度。然而，为了更选择性地制备管状聚集颗粒，更优选适当地调节第一步骤与第二步骤中的温度差。当温度差太小时，柱状聚集颗粒不易于制备，而温度差太大时，柱状聚集颗粒往往倾向于混合。

具体地说，当第一步骤与第二步骤间的温度差为2～35℃，优选2～25℃，更优选2～20℃时，更容易选择性地得到管状聚集颗粒。关于降低管状聚集颗粒之外的颗粒的比例或者避免其污染，适宜的温度差根据第一步骤中制备正常碳酸镁柱状颗粒的温度及第二步骤中热处理正常碳酸镁柱状颗粒悬浮液的pH而变化。

例如，当第二步骤中的pH设定为10.5时，为了以选择性更高的方式制备管状聚集颗粒，则当第一步骤的温度低至25～35℃时，优选温度差大到20～35℃；当第一步骤的温度为35～45℃时，优选温度差为5～25℃；当第一步骤温度高达45～55℃，优选温度差低至2～15℃。

综合上述的所有方面，适于以更高选择性制备碱式碳酸镁之管状聚集颗粒的条件为：在第一步骤中使用强碱性碳酸盐作为水溶性碳酸盐；将第一步骤中制备正常碳酸镁的温度设定为25～55℃；在第二步骤中，使正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液在9.5～11.5的pH，及40～70℃的温度下经受热处理；以及将第一步骤与第二步骤的温度差设定为2～35℃。

除此之外，通过适当地选择或调整第一步骤中所用水溶性镁盐或水溶性碳酸盐的种类、其水溶液的浓度和用量比例、第一步骤中制备的正常碳酸镁的柱状颗粒的直径、第一步骤中制备正常碳酸镁占用的时间、从第一步骤转变成第二步骤的升温速度、等等，同样可以较高的选择性制备管状聚集颗粒。

然而，上述的以更高选择性制备管状聚集颗粒的优选条件，是可以根据第一步骤和第二步骤中各自不同的情况，以及第一步骤和第二步骤中各种不同情况的组合等而变化，其不可能首先确定。换言之，第二步骤中热处理正常碳酸镁的悬浮液以便更加选择性地制备碱式碳酸镁的条件，可以依据第一步骤中制备正常碳酸镁的条件和如此制备的正常碳酸镁的特性而变化。

因此，在一种理想的方法中，为了能够更高选择性地制备管状聚集颗粒，需要适当地控制第一和第二步骤中的上述不同条件：第一步骤中所用的水溶性镁盐或水溶性碳酸盐的类型，其水溶液的浓度或用量比例，第一步骤中制备正常碳酸镁的温度，第一步骤中制备正常碳酸镁占用的时间，第一步骤中制备的正常碳酸镁的柱状颗粒的直径，从第一步骤转变成第二步骤的升温速度，第一步骤与第二步骤间的温度差，及第二步骤中热处理正常碳酸镁的柱状颗粒过程中的pH。

如上所述，片状微晶之管状聚集颗粒的碱式碳酸镁可以根据S方法中第一和第二步骤制备。

下面将说明第二方法(下文中称之为G方法)。

G方法包括：通过引入含二氧化碳的气体于氢氧化镁的悬浮液中从而制得碳酸氢镁溶液的第一步骤；通过调节碳酸氢镁溶液使之具有7.5～11.0的pH从而制得正常碳酸镁之柱状颗粒的第二步骤；及通过调节正常碳酸镁柱状颗粒的悬浮液使之具有9.0～12.0的pH和30～75℃的温度，然后将温度保持在该范围内从而制得碱式碳酸镁的第三步骤。通过这三个步骤，可以制得包含片状微晶之管状聚集颗粒的碱式碳酸镁。

所述第一步骤是通过引入含二氧化碳的气体于氢氧化镁的悬浮液中来制备碳酸氢镁溶液的步骤，对这里所用的氢氧化镁材料没有特殊的限制，除了通过所谓的海水法制备的氢氧化镁之外，还可以使用任何一种类型的氢氧化镁，其中在所述的海水法中，将氢氧化钙加到海水中以沉淀氢氧化镁。

例如，可以使用天然生成的原封未动地研磨的氢氧化镁矿(水镁石)，天然生成的碳酸镁矿(菱镁矿)或通过焚烧氢氧化镁矿而制备的氧化镁的水合物等。另外，也可以使用氢氧化镁的悬浮液，其制备方法是将氢氧化钠或氢氧化钙等碱性物质添加到硫酸镁或氯化镁等水溶性镁盐的水溶液中从而沉淀出氢氧化镁。

关于氢氧化镁的粒度，优选细颗粒以利于与二氧化碳气体有优异反应活性和降低第一步骤所需的时间。因此，优选平均粒径为50μm或更小，更优选平均粒径为25μm或更小。此外，关于氢氧化镁悬浮液的浓度，可以根据最终要制备的碱式碳酸镁的量对其进行适当的调整。然而，过低的浓度会导致较差的生产效率，相反，太高的浓度会使悬浮液的粘度增加，并且会妨碍反应的均匀性。因此，优选的浓度为5～200g/L，更优选10～100g/L，最优选10～50g/L。

再者，对用于第一步骤的含二氧化碳的气体没有特殊的限制。因此，可以使用钢瓶等供给、用空气等稀释的二氧化碳，或者使用含二氧化碳的气体如废弃的燃烧气体。对含二氧化碳的气体中的二氧化碳浓度也没有特殊的限制，然而，过低的浓度会使制备碳酸氢镁的效率较差。因此，使用包含5％体积或更多的二氧化碳的气体是合适的。

此外，关于引入含二氧化碳的气体的方法，可以使用任何一种类型的气体-液体混合设备。例如，可以使用含二氧化碳的气体通过气体导管而鼓泡的方法，也可以使用含二氧化碳的气体通过泡罩塔引入到氢氧化镁的悬浮液中的方法等。当引入含二氧化碳的气体时，优选使气体细微地分散以促进气体与液体的接触，进而使二氧化碳与氢氧化镁有效地反应。例如，通过搅拌氢氧化镁的悬浮液，可以使气体细微地分散，并且可以提高氢氧化镁与二氧化碳的反应效率。

在第一步骤中，优选90％或更多，更优选全部量的原料氢氧化镁被转化成碳酸氢镁，因为当未被转化成碳酸氢镁的氢氧化镁量很多时，就会妨碍接下来的第二步骤和第三步骤中的反应均匀性，这会导致碱式碳酸镁最终产物的管状聚集颗粒形状的均匀性较差。

关于由氢氧化镁到碳酸氢镁的转化，可以通过测量液体的pH，电导率等来确定。例如，关于液体的pH，在引入含二氧化碳的气体之前氢氧化镁悬浮液的pH大约为9～11，而当全部量的氢氧化镁转化成碳酸氢镁时，该液体的pH变成大约中性的pH。在第一步骤中，优选的是引入含二氧化碳的气体直至液体的pH变为8.0或更低，更优选引入该气体直至液体的pH变为7.5或更低。

对将含二氧化碳的气体引入到氢氧化镁悬浮液中时的液体温度同样没有特殊的限制，然而，当液体温度太高时，碳酸氢镁的溶解度降低。因而，不仅未反应的保留在如此制备的碳酸氢镁溶液中的氢氧化镁的量增加，而且发现碳酸氢镁在第一步骤中的反应完成之前分解。因此，当将含二氧化碳的气体引入到氢氧化镁悬浮液中时，优选液体温度保持为35℃或更低，更优选保持为30℃或更低。

另外，优选在将含二氧化碳的气体引入到氢氧化镁悬浮液中之后，清除未溶解的剩余物如氢氧化镁和其它杂质。由此，可以制备杂质很少的碳酸氢镁溶液，也正是因为如此，才可以在接下来的第三步骤中得到具有高纯度和颗粒均匀性的碱式碳酸镁。

如上所述，碳酸氢镁溶液是在第一步骤中制备的。

在接下来的第二步骤中，将第一步骤中制备的碳酸氢镁溶液的pH调整为7.5～11.0，以制备正常碳酸镁的柱状颗粒。还是在第二步骤中，与第一步骤中的情形类似，优选搅拌反应液体，以保持反应的均匀性。本文所述的正常碳酸镁由化学式MgCO₃·nH₂O来表示，式中n的数值一般为3。然而，也允许n为3以外的任何数值，对此没有限制，只要其遵守所述的反应条件或者具有下述的形状。

对于第二步骤中的碳酸氢镁溶液的浓度没有特殊的限制，可以原封不动地使用在第一步骤中制备的溶液，也可以在考虑到第二步骤中要制备的正常碳酸镁的量的情况下，使用稀释或浓缩的溶液。然而，碳酸氢镁溶液的浓度过低将造成生产效率较差，相反，该浓度太高，则要制备的正常碳酸镁柱状颗粒的悬浮液的粘度增加，并且会妨碍反应均匀地进行。因此，优选的是调整碳酸氢镁溶液的浓度要使得在第二步骤中制备的正常碳酸镁柱状颗粒的悬浮液中的固含量为10～300g/L。

在第二步骤中，需要将第一步骤中进入中性区域的pH调节至碱性状态，为此，将适量的碱性物质加到在第一步骤中制备的碳酸氢镁溶液中，以调节pH。此外，在调节之后，pH必须在7.5～11.0的范围内。对这里所用的碱性物质没有特殊的限制，可以使用氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等。

在第二步骤中，pH必须按如上所述进行调节，因为当pH低于7.5时，则不能在接下来的第三步骤中得到碱式碳酸镁的管状聚集颗粒。相反，当pH高于11.0时，正常碳酸镁变得不稳定，这导致在正常碳酸镁的制备完成之前产生碱式碳酸镁，或者直接由碳酸氢镁产生碱式碳酸镁。因而，会显著地削弱碱式碳酸镁最终产物的颗粒均匀性，而且还会增加调节pH所需的碱性物质的用量，这在经济上是不可取的。

为了制备第二步骤中的正常碳酸镁的柱状颗粒，优选在将第一步骤中制备的碳酸氢镁溶液的pH调节为7.5～11.0之后进行反应，直至完成正常碳酸镁的制备。关于正常碳酸镁制备的完成，其可以通过这样的方法来确定：测量液体的pH、电导率等，以观察到稳定的数值。

此外，优选温度为20～55℃，更优选为30～55℃。当温度低于20℃时，除了下面第三步骤中的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒之外，还容易混有无定形的聚集颗粒。同样，当温度高于55℃时，与此相反，容易损害第三步骤中的颗粒均匀性。

在第二步骤中，pH按如上所述进行调节，而且还优选按如上所述调节温度，直至完成正常碳酸镁的制备，从而可以制得正常碳酸镁的柱状颗粒。关于柱状颗粒的形状，优选的形状是0.5～10μm的直径和5～500μm的长度。具体地，当柱状颗粒的直径小于0.5μm或者大于10μm时，不可能在接续的第三步骤中得到本发明预期的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒。

优选根据将要在第三步骤中制备的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒的形状，调节第二步骤中制备的正常碳酸镁柱状颗粒的形状。换言之，对于在本发明中制备的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒而言，据推测，独特的管状颗粒形状是通过在第二步骤中制备的正常碳酸镁柱状颗粒的表面上沉淀碱式碳酸镁的片状微晶而形成的。

而且，在第三步骤中制备的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒的形状，特别是直径和长度受在第二步骤中制备的正常碳酸镁的柱状颗粒的直径和长度的影响，因而，优选根据目标产物碱式碳酸镁的管状聚集颗粒的形状调整第二步骤制备的正常碳酸镁的直径和长度。为了调节正常碳酸镁的直径和长度，可以适当地控制第二步骤中制备正常碳酸镁的pH和温度。

例如，关于第二步骤中的pH，在前述范围内较高的pH下，可以得到直径较小的正常碳酸镁的柱状颗粒，而在较低的pH下，则可以得到直径较大的正常碳酸镁的柱状颗粒。而且，关于第二步骤中的温度，在前述范围内较高的温度下，可以得到直径较小的正常碳酸镁的柱状颗粒，而在较低的温度下，则可以得到直径较大的正常碳酸镁的柱状颗粒。

例如，在第二步骤中制备正常碳酸镁的温度为45℃的情况下：如果将pH设定为8.0，则正常碳酸镁的柱状颗粒的直径为5～10μm且长度为20～150μm；如果pH为9.0，则直径为1～5μm且长度为20～100μm；如果pH为10.0，则直径为0.5～2μm且长度为10～80μm。

另外，如此制备的正常碳酸镁的柱状颗粒可以过滤和洗涤一次，从而能消除在第二步骤中加入的碱性物质，从尽可能地减少产品中所含杂质的观点来看，这是优选的。因此，在第二步骤中可以由碳酸氢镁溶液制得正常碳酸镁的柱状颗粒。

在紧接第二步骤的最终的第三步骤中，碱式碳酸镁是在pH为9.0～12.0且温度为30～75℃的条件下，由在第二步骤得到的正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液制备的。此外，在第三步骤中，优选对反应液体实施搅拌，以便保持反应的均匀性，这与第一步骤和第二步骤中的情形类似。

对要进行第三步骤的正常碳酸镁柱状颗粒悬浮液的固含量没有特殊的限制。因此，可以直接使用得自第二步骤的悬浮液，也可以根据要制备的碱式碳酸镁的量，随意对其进行稀释液或浓缩。然而，优选的是将得自第三步骤中的碱式碳酸镁悬浮液的固含量调整为5～100g/L。当该固含量小于5g/L时，生产效率会降低，进而导致无法实施的结果。当该固含量大于100g/L时，悬浮液的粘度变得如此之高，以至于不能充分搅拌，从而损害产品的均匀性，还降低生产效率。

必须的同时也是重要的是，第三步骤中制备碱式碳酸镁的温度为30～75℃。当温度低于30℃时，不能得到目标管状碱式碳酸镁，或者因为反应时间极长致使生产效率降低，这是不实用的。当温度高于75℃时，所制备的碱式碳酸镁颗粒的均匀性降低，且无定形对球形颗粒的污染变得显著。

要求将该步骤中的pH设定为9.0～12.0，因为当pH小于9.0时，由正常碳酸镁制备碱式碳酸镁的速度降低，进而降低生产效率，另外，正常碳酸镁会保留在最终产物中。此外，当pH高于12.0时，会损害最终产物的颗粒均匀性，从而容易将无定形混入至球形的颗粒。

另外，要求将第三步骤中的pH设定为高于第二步骤中制备正常碳酸镁的柱状颗粒的pH，更优选高于0.3或更高。从而可以更有效地制备具有优异均匀性和各种优良粉末性能的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒。为了调节pH使之落入该范围，可以在第三步骤中加入酸性物质或碱性物质。可以加入的酸性物质的实例包括盐酸、硫酸、硝酸、乙酸等，而可以加入的碱性物质的实例包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等。

优选根据在第二步骤中制备的正常碳酸镁的形状，特别是直径和长度，调整第三步骤中的温度和pH。因此，可以得到形状更均匀的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒。特别是，当正常碳酸镁的直径短时，优选第三步骤中的pH和温度较低，相反，当正常碳酸镁的直径长时，优选第三步骤中的pH和温度较高。

在第三步骤中，需要在保持温度于上述范围内的同时，继续地进行搅拌，直至碱式碳酸镁的制备完成为止。应当指出，在将温度调节为30～75℃之后，无需立即持续地保持30～75℃的温度，但温度可以上述温度范围内变化。然而，优选该变化尽可能地小。碱式碳酸镁制备的完成可以通过测量悬浮液的pH、电导率等来确定。例如，关于pH，悬浮液的pH在碱式碳酸镁的制备中随着时间的流逝而降低，相反，在制备完成之后，pH几乎是恒定的。

如上所述，适当地控制G方法各步骤中的反应条件是重要的，前述各适宜条件、优选条件和更优选条件等的适当组合没有任何问题。例如，将更优选条件与适宜条件组合没有任何问题。

下面是以更有效方式制备碱式碳酸镁管状聚集颗粒的这些条件的组合的优选实例：在第一步骤中，使用平均颗粒直径为50μm或更小的氢氧化镁，以及引入含二氧化碳的气体直至pH变为8.0或更低，同时保持悬浮液的浓度为10～100g/L，并保持液体温度为35℃或更低；在第二步骤中，将pH调节为8.0或更高至11.0或更低的碱性范围内，将温度设定为20～55℃，以制备直径为0.5～10μm且长度为5～500μm的正常碳酸镁的柱状颗粒；及在调节pH使之落入9.0～12.0的范围内并且高于第二步骤中的pH同时调节温度为30～75℃之后，在第三步骤中，通过保持前述范围的温度，可以制得碱式碳酸镁。

此外，在第一步骤的优选制备条件中：使用平均颗粒直径为25μm或更低的氢氧化镁，并引入含二氧化碳的气体，直到pH变为7.5或更低为止，同时使悬浮液的浓度保持为10～50g/L，液体温度保持为30℃或更低，然后除去不溶性杂质；在第二步骤中，将pH调节至7.5或更高至11.0或更低的碱性范围内，将温度设定为30～55℃，以制备直径为0.5～10μm且长度为5～500μm的正常碳酸镁的柱状颗粒，接下来通过过滤和洗涤除去第二步骤中所加入的碱性物质；在第三步骤中，调节pH使之落入9.0～12.0的范围并且比第二步骤的pH高0.3或更高，调节温度为30～75℃，之后，通过以适当的方式保持前述范围的温度，可以制得碱式碳酸镁，并因此可以得到具有优异颗粒均匀性和各种优良粉末性能的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒。

如上所述，在G方法中通过第一、第二和第三步骤，可以制备包含片状微晶之管状聚集颗粒的碱式碳酸镁。

需要指出，与S方法相比，G方法的优点是产物中所含的杂质少，或者便于清洗杂质。更具体地，根据S方法的产物中包含在第一步骤中使用的水溶性镁盐的阴离子组分和水溶性碳酸盐的阳离子组分，然而，根据G方法的产物却不包含这些组分。因此，在希望得到更高纯度的碱式碳酸镁或者需要杂质清洗方便情况下，可以说G方法是更优选的方法。

因而，根据S方法或G方法制备的碱式碳酸镁，可以悬浮液状态使用，或者以脱水或干燥后的粉末状态使用，这取决于它的用途。当其以悬浮液状态使用时，可以直接使用反应后的悬浮液，也可以根据其用途随意对其进行稀释或浓缩。当其以干燥的粉末状态使用时，该干燥粉末可以在脱水步骤或干燥步骤之后得到。

然而，在干燥过程中会发生干燥聚集，因而需要在接续的步骤中进行粉碎。在某些情况下，粉碎会破坏颗粒形状，因此，更优选的得到干燥粉末的方法可以是这样的方法：其中要有一个步骤是用有机溶剂(如醇)取代制备后的碱式碳酸镁悬浮液的溶剂的步骤，或者在脱水之后用有机溶剂(如醇)进行洗涤的步骤，接下来再进行干燥。

通过用有机溶剂如醇等取代悬浮液的溶剂或者用醇等进行洗涤，可以得到其中聚集受到抑制的干燥粉末。作为这里所用的有机溶剂，具有低碱式碳酸镁溶解度的有机溶剂是合适的，且可以使用的有机溶剂实例包括例如甲醇、乙醇和丙酮。

或者，即使不实施上述的以有机溶剂进行的溶剂取代或洗涤，仍然可以采用很少伴随干燥聚集的干燥方法。通过喷雾干燥器或流化床干燥器、真空干燥器、真空冷冻干燥器及搅拌干燥器，可以得到其中干燥聚集受到抑制的干燥粉末。在经有机表面处理剂如脂肪酸盐、树脂酸盐、或任何一种表面活性剂(包括偶联剂)，或者经无机表面处理剂如磷酸盐或硫酸盐处理之后，由此得到的碱式碳酸镁可以毫无问题地应用于各个领域。

上文所述的本发明的碱式碳酸镁具有新的形状，即片状微晶的管状聚集颗粒，并且由于该独特的管状形状，其可以具有各种优异的特性，如高比表面积，高吸油性，高吸水性，低堆积密度和孔隙度。利用该独特的形状和优异的特性，本发明的碱式碳酸镁可以应用于很多不同的领域。

首先，说明其中采用本发明之碱式碳酸镁管状聚集颗粒的低密度纸填料和低密度纸。本发明的低密度纸填料的特征在于包含碱式碳酸镁片状微晶的管状聚集颗粒，而本发明的低密度纸的特征在于包含碱式碳酸镁片状微晶的管状聚集颗粒作为填料。除了低密度特性之外，还可以获得高刚性的特征。

对用作低密度纸填料的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒没有特殊的限制，只要其具有上文所述的形状。然而，太大的外部直径或太大的长度会导致抗张强度或抗撕裂强度降低，尽管这在转变成低密度方面没有任何问题。相反，如果这些值太小，则可能难以发挥转变为低密度的作用。

考虑到这些方面，就碱式碳酸镁的管状聚集颗粒的尺寸而言，适宜的是，外径为1～20μm，长度为5～200μm，且长度/外径的比例为2～20。此外，就内径而言，当内径接近于外径值时，孔隙增加，这对于转变成低密度有更大的影响，然而，如果管状聚集颗粒的壁部太薄，则部分颗粒在造纸步骤中因为受压而破裂，从而减少这种影响。有鉴于此，合适的是制备外径为1～20μm，内径为0.5～5μm，内径/外径比为0.2～0.9，及长度为5～200μm的管状聚集颗粒。

包含碱式碳酸镁的管状聚集颗粒的填料即为本发明的用于低密度纸的填料，且包含该填料的纸张即为本发明的低密度纸。对其含量没有特殊的限制，并且可以根据目标纸张的质量适当地调整。需要指出，碱式碳酸镁的管状聚集颗粒的含量越大，对实现纸张转为低密度的转化作用就越大，从而可以得到具有更高刚性的纸张。

然而，如果含量太小，则到低密度的转化的作用变小，相反，如果含量太大，则强度性能如抗张强度和抗撕裂强度，或者造纸工序中的可操作性降低，尽管这样可以提供密度和刚性优异的纸张。因此，当考虑到纸张的密度或刚性、其它质量及可操作性等之间的平衡时，优选的条件是：将碱式碳酸镁的管状聚集颗粒的含量设定为2～25％重量，优选4～20％重量，按要制备的纸张的绝对干重计。

在本发明的用于低密度纸的填料中，必须包含碱式碳酸镁的管状聚集颗粒，然而，除此之外，还可以根据需要混入填料中常常掺混的其它成分，如碳酸钙或高岭土，氧化钛，氧化硅和滑石。具体地，当需要光学特性如高白度或不透明性作为目标纸张的预期质量时，可以通过混入适量的氧化钛或碳酸钙，得到伴有低密度和高刚性特性以及高光学特性的纸张，所述低密度和高刚性特性为碱式碳酸镁的管状聚集颗粒的效果，而高光学特性源于氧化钛或碳酸钙。

再者，对可用于本发明的低密度纸中的纸浆没有特殊的限制，其可以是常用纸浆中的一种或者两种或多种的混合纸浆，常用纸浆的实例包括由阔叶树或针叶树木材作原料制成的牛皮纸浆，化学纸浆(亚硫酸盐纸浆或碱法纸浆)，半化学纸浆(如半化学制浆或化学机械制浆)，机械纸浆(如细磨木浆或热机械纸浆)，由纸张桑树(Broussonetia)、结香植物(Edgeworthia papyrifera)、亚麻植物(Linum usitatissimum L.)、大麻(Cannabis sativa)或槿麻(kanaf)等原料制成的非木材纤维纸浆，以废纸为原料制成的脱墨纸浆。

在等级、用途等方面，对适于使用低密度纸填料制备的低密度纸没有特殊的限制，而是可以采用任何一种类型的纸张。不同纸张的可举出的例子包括用于印刷的非涂布纸(如用于印刷的高级至低级纸或用于印刷的薄纸)，用于印刷的涂布纸的原纸(如美术纸或薄涂布纸)，用于印刷的精细涂布纸的原纸，通讯用纸(如用于PPC的纸张或用于信息记录的纸张)，新闻纸，壁纸的原纸等。

对纸张的重量(weighing)及要制备的纸张中填料的含量也没有特殊的限制，只要它们落入实现预定变成低密度和刚性的范围内，但是也可以根据上面所述的纸张等级或用途来选取。优选重量为25～75g/m²，及基于纸张绝对干重的填料含量为5～25％重量。优选填料中包含20～100％重量，更优选50～100％重量基于碱式碳酸镁的管状聚集颗粒。另外，更不必说，本发明的低密度纸填料和低密度纸必需包含碱式碳酸镁的管状聚集颗粒。

本文所述的填料含量是指碱式碳酸镁的管状聚集颗粒与其它可以使用的填料如碳酸钙、高岭土、滑石、氧化硅和滑石的总含量。通过设定如上所述的重量(weighing)和填料含量，在本发明的低密度纸中，更有效地展示出转化成低密度和提高刚性的作用，同时得到具有很均衡强度性能(如抗张强度和抗撕裂强度)及其它质量(例如白度和不透明性等光学特性)的纸张。

本发明的低密度纸是通过常规的造纸方法制备的，例如，利用包含本发明的低密度纸填料和添加于上述纸浆中的各种造纸试剂的纸张浆液进行造纸。前述的填料至少包含碱式碳酸镁片状微晶的管状聚集颗粒。

关于与上述填料一起添加到纸浆中的造纸试剂，还可以毫无问题地使用常规造纸中所用的试剂，如施胶剂，胶料固定剂，收率(yield radio)改进剂，疏水性改进剂，纸张强度增强剂，耐水性赋予剂，疏水剂，消泡剂，淀渣控制剂，染料等。另外，如果需要还可以在造纸之后在表面上涂施水溶性聚合物如淀粉或水溶性纤维素。此外，在根据上述方法得到的原纸表面，还可以用包含涂布用无机或有机颜料及粘合剂作为活性成分的涂布剂进行涂布。

与内部仅填充了通用填料如碳酸钙、高岭土、氧化钛、氧化硅和滑石的纸张相比，如上述制备的包含碱式碳酸镁片状微晶之管状聚集颗粒填料的纸张的密度可以降低。另外，纸张的刚性也可以得到提高，因此，可以解决因减轻纸张重量而降低刚性的问题。

而且，由于碱式碳酸镁片状微晶的管状聚集颗粒是吸油性和吸水性优异的材料，所以本发明的包含碱式碳酸镁的低密度纸在吸墨性、印刷后的不透明性及适印性方面的质量也是优异的。此外，碱式碳酸镁还可以用作造纸的涂布颜料，且其上涂布了碱式碳酸镁的涂料纸不仅重量轻，而且还具有优异的吸墨性、印刷后的不透明性及适印性等。

下面描述的是其中使用了本发明的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒的中空载体和功能性颗粒。本发明的中空载体是具有新形状包含碱式碳酸镁片状微晶的管状聚集颗粒的载体，且内含有效物质的中空载体即为本发明的功能性颗粒。功能性颗粒内含各种有效物质于包含碱式碳酸镁片状微晶的管状聚集颗粒的中空载体内，并具有优异的特性，如缓释作用，受控释放性，防止封装物质的变质或保护其质量，及遮蔽作用。

本发明的功能性颗粒是具有前述特性和管状中空载体的功能性颗粒，所述中空载体包含碱式碳酸镁，碱式碳酸镁内含有效物质如芳香物，营养补充物，食品添加剂，药物，杀虫剂或肥料。由于功能性颗粒内含活性成分于中空载体的管状结构内，所以其具有优异的特性，例如缓释性，即逐步释放封装物的性能；受控释放性，即在特定条件下释放封装物的性能；防止封装物质变质或保护其质量，及遮蔽作用。

例如，当利用缓释性时，其可以是通过内含一般环境下容易蒸发或升华的物质而保持活性成分长时间释放的材料。如果利用受控释放性，其可以是在酸性或施压等使碱式碳酸镁分解或破坏其管状结构的条件下释放封装物的材料。此外，通过内含与空气接触时易于在普通环境下分解的物质，使其与外部的接触受到抑制，因而还可以制备抑制活性成分分解的材料。

再者，需要时，用有机聚合物遮盖表面，这样可以更好地提高对封装物质的遮蔽作用或缓释作用。所用的有机聚合物可以根据预期的用途或性能适当地选取，然而，如果采用可以利用水基溶剂的水溶性聚合物，则这种遮盖可以较容易地进行。可以使用的水溶性聚合物的实例包括天然聚合物，天然存在的聚合物的改性产物及合成聚合物。可以使用的天然聚合物的实例包括淀粉类物质，甘露聚糖，海藻，植物粘性物质，微生物粘性物质，蛋白质等。

更具体地，淀粉类物质的实例包括甘蔗淀粉，马铃薯淀粉，木薯淀粉，小麦淀粉，玉米淀粉等；甘露聚糖的实例包括食用山药糊；海藻的实例包括胶类植物，琼脂(半乳聚糖)，藻酸钠等；植物粘性物质的实例包括黄蜀葵(Abelmoschus manihot)，黄蓍胶，阿拉伯树胶等；微生物粘性物质的实例包括右旋糖苷，果聚糖等；蛋白质的实例包括明胶，干酪素，胶原蛋白，皮胶等。

可以使用的天然聚合物改性产物的实例包括纤维素基的纤维胶、甲基纤维素(MC)、乙基纤维素(EC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)等，淀粉基的可溶性淀粉、羧甲基淀粉(CMS)、二醛淀粉等。合成聚合物的实例包括聚乙烯醇(PVA)，聚丙烯酸钠，聚氧化乙烯等。

在这些水溶性聚合物中，可食用的生物聚合物如明胶，干酪素，肌球蛋白，胶原蛋白，藻酸，脱乙酰壳多糖，玉米蛋白，甘露聚糖，角叉菜，大豆蛋白，糊精，淀粉，热凝胶(curdlan)，黄原胶等适用于药品和食品。

而且，除了所封装的活性成分的作用之外，通过组合利用作为中空载体的碱式碳酸镁管状聚集颗粒本身的特性，例如中和酸性物质的能力或者源于多孔性的高吸附性能，其还可以用作多功能复合材料。

封装于中空载体内的物质的实例包括芳香物，营养剂，食品添加剂，药物，杀虫剂，肥料等。芳香物的实例包括咖啡、茶、水果、香草、叩头虫(skipjack)、虾、螃蟹等的香料，扁柏酚等。利用本发明的中空载体，除了可以长期保持香味或香味强度之外，还可以通过防止氧化或吸潮而提高贮存稳定性。营养剂的实例包括维生素如维生素C和E，保健食品添加剂如gymnema，血红素铁等。同样，除了对味道如苦味、酸味等的遮蔽作用之外，还可以取得对热、光和氧化的稳定性。

关于药物，通过封装任何一种药物成分，可以制备具有缓释性、受控释放性、保护性和遮蔽性的制剂。封装的药物的实例包括作用于神经或感觉器官的药物，作用于循环器官的药物，作用于呼吸器官的药物，作用于消化器官的药物，激素类药物，作用于泌尿生殖和肛门器官的药物，皮肤病制剂，牙齿和口腔用药物，作用于新陈代谢的药物，作用于组织和细胞功能的药物，抗病原性微生物的药物等。

具体地，作用于神经和感觉器官的药物的实例包括：作用于中枢神经系统的药物如全身麻醉药，催眠镇静药，抗焦虑药，抗癫痫药，解热止痛抗昏厥药物，强壮药，兴奋剂，抗帕金森病药物，精神神经病药物，及组合的感冒药；作用于周围神经系统的药物如局部麻醉药，骨骼肌弛缓剂，自律药，解痉药，发汗剂和止汗剂；作用于感觉器官的药物如眼用药物，耳用药物，抗运动疾病药物等。

作用于循环器官的药物的实例包括强心剂，抗心律失常药，利尿剂，降血压剂，毛细血管稳定剂，血管收缩药，血管扩张剂，高脂血症药物等。作用于呼吸器官的药物的实例包括呼吸兴奋药，镇咳药，祛痰剂，镇咳祛痰剂，支气管扩张剂，漱口剂等。作用于消化器官的药物的实例包括收敛药，肠调节剂，消化性溃疡药物，健胃药和消化剂，抗胃酸剂，泻药，灌肠剂，利胆剂，复合胃肠药剂等。

激素制剂的实例包括垂体激素制剂，唾液腺激素制剂，甲状腺·肾上腺激素制剂，蛋白同化作用类固醇药剂，肾上腺激素制剂，雄性激素制剂，雌激素，黄体酮制剂，混合激素制剂，抗激素药等。

作用于泌尿生殖和肛门器官的药物的实例包括作用于泌尿器官的药物，作用于生殖器官的药物，性病保护剂，子宫收缩药，避孕药，治痔药等。皮肤病制剂的实例包括皮肤病用灭菌剂，伤口保护剂，用于化脓的药物，止痛止痒收敛抗炎剂，用于寄生虫的药剂，含药的润肤剂，腐蚀剂，毛发药，毛发生长刺激剂，除毛剂，毛发染色剂，生发油，含药的洗浴制剂等。牙齿和口腔用药物的实例包括牙用局部麻醉剂，牙髓失活剂，牙用止痛镇静剂，牙根管和龃洞消毒剂，牙髓干化剂，牙根管填充剂，牙髓覆盖剂，牙用抗生素制剂等。

作用于新陈代谢的药物的实例包括：各种维生素药丸如维生素A，维生素D制剂，维生素B₁制剂，维生素B制剂，维生素C制剂，维生素E制剂，维生素K制剂和混合维生素制剂；强壮药如钙补充剂，无机盐剂型，糖剂，有机酸剂型，蛋白氨基酸剂型，脏器制剂及婴儿用药剂；作用于血液·体液的药物如血液替代品，止血剂，抗凝血剂；人工透析用药物如用于人工肾透析的药物和用于腹膜透析的药物；肝病用药物，解毒剂，用于普通中毒的药物，痛风治疗剂，酶制剂，糖尿病药物，作用于新陈代谢的组合剂型等。

作用于组织和细胞功能的药品的实例包括细胞功能活化药如叶绿素制剂和染料制剂，肿瘤抑制剂如烷基化剂，抗代谢物，抑制肿瘤的抗生素制剂和抑制肿瘤的植物成分制剂，放射性药物，抗过敏剂如抗组胺药，用于刺激疗法的药物和抗组胺药免疫原制剂等。

抗病原性微生物的药物的实例包括抗生素制剂如作用于革兰阳性菌的抗生素制剂，作用于革兰阴性菌的抗生素制剂，作用于革兰阳性-阴性菌的抗生素制剂，作用于革兰阳性菌和支原体的抗生素制剂，作用于革兰阳性-阴性菌，立克次体和衣原体(Rickettsia and Chlamydia)的抗生素制剂，作用于耐酸菌的抗生素制剂和作用于霉菌的抗生素制剂；化学治疗剂如磺胺类药剂，抗结核药，抗麻风药，合成的抗菌药和抗病毒药；生物制剂如疫苗，毒素和类毒素，抗毒素和钩端螺旋体血清，血制品，用于生物试验的剂型和混合生物剂型；及抗寄生虫药物如抗原虫剂和杀虫剂等。

更具体地，当刺激消化器官等内脏粘膜或产生强烈副作用的药物如阿司匹林或青霉素被封装时，这些药物成分自呈管状聚集颗粒的中空载体的端部逐渐地释放出来。因而可以减轻刺激和副作用，并且可以长时间保持药效。

此外，通过内含易受酸影响的药物成分或有用的微生物，这些药物成分和微生物可以得到保护，免受微酸的影响。因此，可以使更多的药物成分或微生物有效地作用于要治疗的受侵袭部位。而且，当封装消化药、消化酶药剂时，也可以制得具有受控释放性的剂型，其在被胃酸分解碱式碳酸镁即中空载体之后释放这些成分。

杀虫剂的实例包括各种杀虫剂，驱虫剂，杀菌剂和杀真菌剂，除草剂，灭鼠剂，植物生长调节剂等；肥料的实例包括氮肥如硫酸铵、氯化铵、硝酸铵，硝酸钠、硝酸钙和尿素，磷肥如过磷酸钙、多过磷酸钙和水溶性磷酸，钾肥如硫酸钾、氯化钾、硫酸钾镁和可溶性碳酸钾，以及含杀虫剂、焦木酸等的肥料。

上述功能性颗粒可以通过内含所需的物质(例如芳香物、营养剂、食品添加剂、药物、杀虫剂或肥料等有效物质)于包含片状微晶之管状聚集颗粒的碱式碳酸镁中来制备。对能够进行内含的方法没有特殊的限制，然而，可以更广泛地使用下列方法，这些方法是比较方便和适用的。

首先，将一种或多种所需的活性物质溶解或分散在溶剂中。对于悬浮液的情形，由于溶液中的颗粒必须小于其随后要装填的中空载体的内径，所以对于固体颗粒，必须专门利用超声波分散机等进行充分的分散。此外，较高浓度是合适的，因为可引入管状物中的物质的量增加，然而，当粘度太高时，管状结构内部的空气不能被溶液或悬浮液所置换，且经常存在因高粘度而破坏管状结构的危险。

将该溶液或悬浮液于前述中空载体的干燥粉末或悬浮液混合，搅拌至完全均匀，从而使得活性成分进入中空载体中，然后进行干燥。如果溶液或悬浮液未充分地内渗到管状结构中，可以利用真空泵、抽吸器等对管状结构内部的空气进行脱气。这样可以加速溶液或悬浮液到管状结构内部的渗透。就干燥而言，可以通过加热等蒸发溶剂。关于加热的温度，必须充分地考虑到封装物质的特性。如果需要在低温下干燥，则可以在减压条件下进行干燥，以便缩短干燥时间。由此，可以得到中空载体中封装了所需活性物质的功能性颗粒。

对于构成中空载体的碱式碳酸镁自身而言，通过加热，可以按预定的次序，依次脱除结晶水、分解羟基和分解碳酸根。例如，碱式碳酸镁的化学式为mMgCO₃·Mg(OH)₂·nH₂O，其中n值(结晶水数目)为8，在50～100℃下可以脱除3或4个结晶水，从而n值变为4或5，在100～250℃下进一步失去结晶水，导致n值变成0。当温度高于250℃时，羟基在300～450℃时分解，且碳酸根在450～550℃时分解，放出二氧化碳。然而，这些变化对管状结构的破坏没有如此之大。因此，碱式碳酸镁还可以规定的途径，通过加热而改性成无水物或氧化物，这取决于要封装的物质或用途。

中空载体的浆液也可以直接使用，无需转化成干燥粉末。例如，为了将食用油封装在水浆液状态的中空载体中，可以直接或以乳液的形式，将食用油加到包含碱式碳酸镁的中空载体的水浆液中，通过搅拌使该混合尽可能地均质化。接下来，利用水与食用油间沸点的差异，通过加热该混合物而仅蒸发出水。这样，可以将食用油封装在管状结构中。

对温度没有特殊的限制，但在常压下，该温度可以为40℃至沸点或更低，优选60～90℃。当温度低于40℃时，水的蒸发需要相当的时间。因此，适宜的温度为60～90℃，因为能够在较短时间除去水，却不因沸腾而破坏管状聚集颗粒。此外，需要时该操作可在减压下以较低的温度进行。

当中空载体以脂肪酸、树脂酸及各种表面活性剂(如偶联剂)中的任何一种进行亲脂化处理之前，可以较容易的方式封装油性物质。以这种方式封装所需物质之后，可以在需要时用溶剂如水或醇洗掉粘附在功能性颗粒表面的物质。

如此得到的功能性颗粒内含如上所述任意一种活性物质，并且可以发挥不同的作用。另外，在需要时可以用有机聚合物进一步覆盖其表面，以通过改善对封装物质的防漏或保护作用，可以使相应的应用最佳化。

所用的有机聚合物可以根据用途或所需性能适当选取。当使用可以利用水基溶剂的水溶性聚合物时，可以较容易地进行覆盖。如上所述，可以使用的水溶性聚合物的实例包括淀粉类物质，甘露聚糖，海藻，植物粘性物质，微生物粘性物质，蛋白质等，此外还包括天然聚合物，天然聚合物与合成聚合物的改性制品。

可以按如下方法，用任意一种这些有机聚合物覆盖内含有效物质于中空载体中的颗粒：在内含有效物质之后，加入适量的有机聚合物，接着利用流化床干燥器、喷雾干燥器、真空冷冻干燥器等进行干燥。需要指出，这些有机聚合物可以单独使用，也可以两种或多种的混合物使用，视情况而定，当单独使用不能达到效果时，也可以通过交联达到效果。

本发明的中空载体包含碱式碳酸镁片状微晶的管状聚集颗粒。功能性颗粒可以通过较方便的方法来制备：使任何一种有效物质与中空载体接触，进而将该有效物质封装在其管状结构内。管状的独特形状具有优异的特性如长时间稳定的缓释作用，在特定条件下释放封装物质的受控释放作用，防止质量退化的作用，遮蔽作用，保护性作用等。

同时，通过控制管状物的长度、内径或厚度，也可以使缓释作用伴有能够控制释放速度的特性。另外，需要时，通过用有机聚合物覆盖其表面，进而改善对封装物质的防漏或缓释作用、阻止质量退化作用、遮蔽作用、保护作用等，前述功能性颗粒可以应付各种用途。

除了前述的低密度纸填料，低密度纸，中空载体和功能性颗粒之外，本发明的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒还可应用于很多领域。而且，包含本发明的碱式碳酸镁的未成形的材料如填料，颜料，油漆，油墨，催化剂载体，微生物载体，生物载体，植物生长调节剂，烯烃吸附剂，液体吸附剂，油吸附剂，干燥剂，芳香剂，除味剂，密封剂，防锈剂，食品添加剂，过滤剂，过滤助剂，抛光剂，柱形包装材料，药物，杀虫剂，肥料等均可包括在本发明的组合物中。

另外，本发明的结构形成的产品中使用上述组合物中的任意一种或本发明的碱式碳酸镁。例如，橡胶，塑料，树脂，纸张，催化剂，各种吸附剂，绝热材料，噪声吸收材料，蓄热材料，过滤剂等均可包括本发明的结构。

现将更具体地解释本发明的组合物或结构。例如，用于橡胶的填料不仅因为上述的低堆积密度特性，可以有效地减轻橡胶制品的重量，而且由于颗粒表面存在卡片箱形式的不规则性，还可以提高对基质的粘附性。因此，可以得到具有高强度的橡胶制品。此外，作为用于树脂的填料，与用于橡胶的填料类似，同样可以发挥减轻重量或提高强度的作用，另外，由于晶体结构中包含很多水分子，所以还具有有效的阻燃作用。再者，由于其为碱式碳酸镁，所以其具有能够俘获卤素的本性，并且还具有在燃烧时抑制卤素释放的作用，以及抑制可能由游离卤素导致的树脂退化的作用。

此外，利用粘合剂等通过形成本发明的碱式碳酸镁得到的成型产品或颗粒产品，不仅因为低堆积密度特性，能够显著减轻重量，而且由于多孔性，还具有绝热、吸音、吸收、过滤等作用。因此，它们可用作隔热材料、吸音材料、蓄热材料、过滤材料等。

而且，本发明的功能性颗粒药物可以包含于前述的组合物或结构中，由此制得具有该功能性颗粒所带有的缓释性、受控释放性或遮蔽性等特性的组合物或结构。例如，通过包含功能性颗粒(其具有封装于纸张中的芳香物)，可以制备长时间发出香味的纸制品。此外，通过封装了植物生长调节剂的功能性颗粒的造粒而制得的颗粒，可以用作缓释肥料，由此逐步释放所封装的植物生长调节剂。这类含本发明功能性颗粒的纸张和缓释肥料也包括在本发明的组合物或结构中。

实施例

下面将参照制备碱式碳酸镁的实施例和对比例，以及使用该碱式碳酸镁的低密度纸和功能性颗粒的实施例和对比例，更详细地阐述本发明。然而，无需赘言，本发明不以任何方式受限于这些实施例，而应当由权利要求书来确定。

实施例1根据S方法制备碱式碳酸镁

向2.0L调节至40℃的七水合硫酸镁水溶液(125g/L)中，逐步加入0.50L无水碳酸钠水溶液(220g/L)，同时保持温度为40℃，并搅拌50分钟，得到正常碳酸镁(第一步骤)。当用SEM观察正常碳酸镁时，确定其为柱状颗粒，直径为1～3μm，长度为10～50μm。

接下来，将得自第一步骤的正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液(pH 10.2)加热，并搅拌120分钟，同时保持温度为55℃，以制备碱式碳酸镁(第二步骤)。用离子交换水和乙醇洗涤所得产物，接着进行干燥，之后，用SEM观察之。由此可以确定其为片状初级颗粒的聚集颗粒，所述片状初级颗粒的厚度为0.01～0.04μm，直径为0.5～2μm；而且还可以确定其为管状的碱式碳酸镁，外径为1～5μm，内径为0.5～3μm，长度为5～20μm。

实施例2根据S方法制备碱式碳酸镁

将氢氧化镁法废气脱硫步骤中产生的含硫酸镁的溶液过滤，以除去固体成分，之后，向其中加入适量的离子交换水，制得2.0L浓度为50g/L的硫酸镁溶液。将该硫酸镁溶液调节至50℃，然后向其中逐步加入0.50L的碳酸钠水溶液(210g/L)，同时保持相同的温度，并搅拌20分钟，得到正常碳酸镁(第一步骤)。当用SEM观察该正常碳酸镁时，确定其为柱状颗粒，直径为1～3μm，长度为10～60μm。

过滤该正常碳酸镁的悬浮液，接着用离子交换水洗涤固体成分，之后，重新将固体成分分散在2.0L的离子交换水中，制得去除了杂质(如硫酸钠)的正常碳酸镁的悬浮液。接下来，将适量的氢氧化钠水溶液加到得自第一步骤的正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液中，以将pH调节至10.6，加热该悬浮液，并搅拌60分钟，同时保持温度为70℃，以制备碱式碳酸镁(第二步骤)。

用离子交换水和乙醇洗涤所得产物，接着进行干燥，然后用SEM观察之。由此可以确定其为片状初级颗粒的聚集颗粒，所述片状颗粒的厚度为0.01～0.05μm，直径为0.5～3μm；并且可以确定其为管状的碱式碳酸镁，外径为2～3μm，内径为1～1.5μm，长度为10～20μm。

实施例3根据S方法制备碱式碳酸镁

向2.0L调节至45℃的七水合硫酸镁水溶液(125g/L)中，逐步加入0.50L的无水碳酸钠水溶液(220g/L)，同时保持温度为45℃，并搅拌30分钟，得到正常碳酸镁(第一步骤)。当用SEM观察该正常碳酸镁时，确定其为柱状颗粒，直径为1～3μm，长度为10～50μm。

接下来，加热该得自第一步骤的正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液(pH10.5)，并搅拌120分钟，同时保持温度为55℃，以制备碱式碳酸镁(第二步骤)。用离子交换水和乙醇洗涤所得产物，接着进行干燥，然后用SEM观察之。由此可以确定其为片状初级颗粒的聚集颗粒，所述片状颗粒的厚度为0.01～0.04μm，直径为0.5～2μm；且可以确定其为管状的碱式碳酸镁，外径为2～4μm，内径为1～2μm，长度为5～20μm。

实施例4根据S方法制备碱式碳酸镁

向2.0L调节至48℃的七水合硫酸镁水溶液(125g/L)中，逐步加入0.50L的无水碳酸钠水溶液(225g/L)，同时保持温度为48℃，并搅拌30分钟，得到正常碳酸镁(第一步骤)。当用SEM观察该正常碳酸镁时，可以确定其为柱状颗粒，直径为1～2μm，长度为10～50μm。

接下来，加热得自第一步骤的正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液(pH10.7)，并搅拌120分钟，同时保持温度为53℃，以制备碱式碳酸镁(第二步骤)。用离子交换水和乙醇洗涤所得产物，接着进行干燥，然后用SEM观察之。由此可以确定其为片状初级颗粒的聚集颗粒，所述片状颗粒的厚度为0.01～0.04μm，直径为0.5～2μm；并且可以确定其为管状的碱式碳酸镁，外径为1～3μm，内径为0.5～1.5μm，长度为5～20μm。

实施例5根据G方法制备碱式碳酸镁

向2.0L的氢氧化镁的悬浮液(30g/L)中，以8.0L/分钟的速度引入含二氧化碳的气体(其包含25％体积的二氧化碳和75％体积的空气)30分钟，同时搅拌并保持温度为20℃。其后，除去未溶解的残余物，制得碳酸氢镁溶液(pH7.3)(第一步骤)。

紧接着该步骤，向碳酸氢镁溶液中加入适量的氢氧化钠水溶液，以将液体的pH调节为8.0，同时通过加热将液体的温度升高至35℃。其后，将该混合物搅拌60分钟，同时仍然保持相同的温度，制得正常碳酸镁的悬浮液(第二步骤)。当用SEM观察该正常碳酸镁时，可以确定其为柱状颗粒，直径为5～10μm，长度为30～100μm。

接下来，向正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液中加入适量的氢氧化钠水溶液，以将液体的pH调节至10.5，同时通过加热将液体的温度升高至55℃。其后，将该混合物搅拌120分钟，同时保持相同的温度，得到碱式碳酸镁的悬浮液(第三步骤)。当用SEM观察该正常碳酸镁时，可以确定其为管状聚集颗粒，内径为2～5μm，外径为5～10μm，长度为20～50μm，且包含厚度为0.02～0.1μm、直径为1～2μm的片状微晶。

实施例6根据G方法制备碱式碳酸镁

类似于实施例5，所不同的是第二步骤中的pH变为9.0且第三步骤中的温度变为50℃，制备碱式碳酸镁的悬浮液。

当用SEM观察于第二步骤中制备的正常碳酸镁时，可以确定其为柱状颗粒，直径为1～3μm，长度为2.0～50μm。此外，当用SEM观察得自第三步骤的碱式碳酸镁时，可以确定其为管状聚集颗粒，内径为1～2μm，外径为2～3μm，长度为5～30μm，并包含厚度为0.01～0.05μm、直径为0.2～1μm的片状微晶。

实施例7根据G方法制备碱式碳酸镁

类似于实施例5，所不同的是第二步骤中的pH变为10.0且第三步骤中的温度变为40℃，制备碱式碳酸镁的悬浮液。

当用SEM观察于第二步骤中制备的正常碳酸镁时，可以确定其为柱状颗粒，直径为0.5～1μm，长度为10～50μm。当用SEM观察得自第三步骤的碱式碳酸镁时，可以确定其为管状聚集颗粒，内径为0.5～1μm，外径为1～1.5μm，长度为5～30μm，并包含厚度为0.005～0.02μm、直径为0.1～0.5μm的片状微晶。

实施例8根据G方法制备碱式碳酸镁

向2.0L的氢氧化镁的悬浮液(45g/L)中，以10.0L/分钟的速度引入含二氧化碳的气体(其包含25％体积的二氧化碳和75％体积的空气)45分钟，同时进行搅拌并保持悬浮液温度为15℃。其后，除去未溶解的残余物，制得碳酸氢镁溶液(pH 7.2)(第一步骤)。

紧接着该步骤，向碳酸氢镁溶液中加入适量的氢氧化钠水溶液，以将液体的pH调节至8.0，同时通过加热将液体的温度升高至50℃。其后，将该混合物搅拌60分钟，同时保持相同的温度。然后，过滤产物，并将其重新分散在等量的自来水中，制得正常碳酸镁的悬浮液(第二步骤)。当用SEM观察该正常碳酸镁时，可以确定其为柱状颗粒，直径为3～5μm，长度为30～80μm。

接下来，向该正常碳酸镁之柱状颗粒的悬浮液中加入适量的氢氧化钠水溶液，以将液体的pH调节至11.0，同时通过加热将液体的温度升高至55℃。其后，将该混合物搅拌120分钟，同时保持相同的温度，制得碱式碳酸镁的悬浮液(第三步骤)。当用SEM观察该正常碳酸镁时，可以确定其为管状聚集颗粒，内径为2～5μm，外径为3～8μm，长度为20～50μm，且包含厚度为0.01～0.05μm、直径为0.5～1μm的片状微晶。

实施例9根据G方法制备碱式碳酸镁

类似于实施例8，所不同的是第二步骤中的pH变为9.0，且第三步骤中的pH变为10.5同时温度变为50℃，制备碱式碳酸镁的悬浮液。当用SEM观察于第二步骤中制备的正常碳酸镁时，可以确定其为柱状颗粒，直径为1～2μm，长度为20～50μm。

当用SEM观察得自第三步骤中的碱式碳酸镁时，可以确定其为管状聚集颗粒，内径为1～2μm，外径为2～3μm，长度为5～30μm，且包含厚度为0.005～0.02μm、直径为0.1～0.5μm的片状微晶。

对比例1

向2.0L调节至15℃的七水合硫酸镁水溶液(125g/L)中，逐步加入0.50L的无水碳酸钠水溶液(200g/L)，同时保持相同的温度，其后，使其经受3小时的搅拌处理，同时保持混合物的温度为15℃，得到正常碳酸镁。当用SEM观察该正常碳酸镁时，可以确定其为柱状颗粒，直径为20～30μm，长度为100～500μm。

将该正常碳酸镁的悬浮液(pH 8.5)搅拌处理125小时，同时保持温度为20℃，以制备碱式碳酸镁。用离子交换水和乙醇洗涤所得产物，接着进行干燥，然后用SEM观察之。由此可以确定其为片状初级颗粒的聚集颗粒，厚度为0.05～0.5μm，直径为1～7μm，并且可以确定其为直径10～70μm的无定形至椭圆形的碱式碳酸镁。

对比例2

向2.0L调节至80℃的七水合硫酸镁水溶液(125g/L)中，逐步加入0.50L的无水碳酸钠水溶液(220g/L)，同时保持温度为80℃，其后，使之经受60分钟的搅拌处理，同时保持混合物的温度为80℃，以制备碱式碳酸镁。

用离子交换水和乙醇洗涤所得产物，接着进行干燥，然后用SEM观察之。由此可以确定其为片状初级颗粒的聚集颗粒，厚度为0.01～0.05μm，直径为0.3～2μm，且可以确定其为直径2～4μm的无定形碱式碳酸镁。根据该对比例制备的正常碳酸镁未在反应过程中进行确定。

对比例3

向2.0L调节至60℃的氢氧化镁的悬浮液(30g/L)中，以1.5L/分钟的速度引入二氧化碳气体240分钟，同时搅拌并保持温度为60℃，以制备碱式碳酸镁。根据该对比例制备的正常碳酸镁未在反应过程中进行确定。

用离子交换水和乙醇洗涤所得产物，接着进行干燥，然后用SEM观察之。由此可以确定其为片状初级颗粒的聚集颗粒，厚度为0.01～0.05μm，直径为0.5～2μm，并且可以确定其为椭圆形至球形的直径为10～15μm的碱式碳酸镁。

对比例4

向2.0L的氢氧化镁的悬浮液(30g/L)中，以8.0L/分钟的速度引入含二氧化碳的气体(其包含25％体积的二氧化碳和75％体积的空气)30分钟，同时进行搅拌并保持悬浮液的温度为20℃，以制备碳酸氢镁溶液。

接下来，直接加热碳酸氢镁溶液(pH 7.0)，使液体的温度升高至50℃。其后，将该溶液搅拌60分钟，同时保持相同的温度，以制备正常碳酸镁的悬浮液。当用SEM观察该正常碳酸镁时，确定其为柱状颗粒，直径为20～50μm，长度为100～300μm。

接下来，直接加热该正常碳酸镁柱状颗粒的悬浮液(pH 7.8)，以将液体的温度升高至85℃。其后，将该悬浮液搅拌180分钟，同时保持相同的温度，得到碱式碳酸镁的悬浮液。当用SEM观察该正常碳酸镁时，可以确定其为20～100μm的无定形至椭圆形的聚集颗粒，包含厚度为0.05～0.2μm、直径为1～10μm的片状微晶。

碱式碳酸镁的物理性质的评价

对于得自实施例和对比例的碱式碳酸镁，根据BET法测量比表面积，根据压汞法测量精细的孔隙度。BET比表面积是用Mountech有限公司生产的自动化比表面积计算器Macsorb(HM model-1201)进行测量的，而精细的孔隙度则是用CE Instruments生产的汞侵入型孔隙度测量仪(系列140型，440型)进行测量的。测量结果示于表1中。

此外，还对得自各实施例的碱式碳酸镁中所含的杂质进行了分析。结果示于表2中。

表1

表2

从表1可以看出，得自实施例的本发明的碱式碳酸镁具有更大的比表面积和孔隙体积，且在孔隙度测定法中，直径为0.5～5μm的孔具有更高的孔体积比例(B/A)。

另外，从表2可以看出，与得自S方法的碱式碳酸镁(实施例1)相比，得自G方法的碱式碳酸镁(实施例5～9)中的杂质含量降低了。更具体地，从表2中可知，实施例5～9(G方法)中的Na₂O含量为实施例1(S方法)中的四分之一或更小，同时SO₃含量为1/20或更小。因此，这暗示，如果要制备杂质含量更小的碱式碳酸镁，则更优选本发明的G方法。

用于低密度纸填料和低密度纸的应用实施例

现将说明低密度纸等的制备，其中使用在实施例中制备的碱式碳酸镁作为填料。

应用实施例1

向包含100重量份阔叶树牛皮纸浆(滤水度：211 mLcsf)的水基浆中，加入40重量份得自实施例1的碱式碳酸镁的管状聚集颗粒，作为低密度纸的填料，然后搅拌混合均匀。之后，向其中加入适量的聚丙烯酰胺水溶液，作为絮凝剂，并利用方形的造纸成纸器(sheet machine)，通过手工造纸法制得湿纸张。利用压机以5.0kgf/cm²的压力压制所得的湿纸张，之后，利用表面温度为130℃的打兰干燥器(dram dryer)干燥之，得到手工制备的纸张，其定量为33g/m²，填料含量为18％重量。

应用实施例2

类似于应用实施例1，所不同的是，使用35重量份得自实施例1的碱式碳酸镁管状聚集颗粒与8重量份商用氧化钛(锐钛矿型，平均初级颗粒直径：0.15μm)的混合物，作为低密度纸的填料，制得手制纸张。

应用实施例3

向包含100重量份阔叶树牛皮纸浆(滤水度(freeness)：447mLcsf)的水基浆中，加入15重量份得自实施例1的碱式碳酸镁管状聚集颗粒，作为低密度纸的填料，然后搅拌混合均匀。之后，向其中加入适量的聚丙烯酰胺水溶液作为絮凝剂，并利用方形的造纸成纸器，通过手工造纸法制得湿纸张。利用压机以5.0kgf/cm²的压力压制所得的湿纸张，之后，利用表面温度为130℃的打兰干燥器干燥之，得到手工制备的纸张，其定量为63g/m²，填料含量为8％重量。

应用对比例1

向包含100重量份阔叶树牛皮纸浆(滤水度：211mLcsf)的水基浆中，加入40重量份的合成碳酸钙(纺锤形，主轴1.0～1.2μm，次轴0.2～0.3μm)作为填料，然后搅拌混合均匀。之后，向其中加入适量的聚丙烯酰胺水溶液作为絮凝剂，并利用方形的造纸成纸器，通过手工造纸法制得湿纸张。利用压机以5.0kgf/cm²的压力压制所得的湿纸张，之后，利用表面温度为130℃的打兰干燥器干燥之，得到手工制备的纸张，其定量为33g/m²，填料含量为18％重量。

应用对比例2

类似于应用对比例1，所不同的是使用35重量份与应用对比例1相同的合成碳酸钙与8重量份氧化钛(锐钛矿型，平均初级颗粒直径：0.15μm)的混合物作为填料，制得手工纸张。

应用对比例3

类似于应用对比例1，所不同的是使用40重量份的商用碱式碳酸镁(2～20μm的无定形聚集颗粒)作为填料，制得手工纸张。

应用对比例4

向包含100重量份阔叶树牛皮纸浆(滤水度：447mLcsf)的水基浆中，加入15重量份与应用对比例1相同的合成碳酸钙作为填料，然后搅拌混合均匀。之后，向其中加入适量的聚丙烯酰胺水溶液作为絮凝剂，并利用方形的造纸成纸器，通过手工造纸法制得湿纸张。利用压机以5.0kgf/cm²的压力压制所得的湿纸张，之后，利用表面温度为130℃的打兰干燥器干燥之，得到手工制备的纸张，其定量为63g/m²，填料含量为8％重量。

对手工纸张的评价

对于得自应用实施例1～3和应用对比例1～4的纸张，对密度和刚性进行评价试验。密度是根据JIS P 8118(测定纸张和板材的厚度和密度的方法)测量的，刚性是根据用于Clark刚性的JIS P 8143(用Clark刚性试验机测定纸张刚性的方法)测量的。评价结果示于表3中。需要指出的是，关于Clark刚性，该值越大刚性越高。

表3

从表3可以看出，在几乎相同的定量和填料含量下，得自应用实施例的手工纸张，比得自应用对比例的手工纸张具有更低的密度和更优异的刚性。更具体地，当比较定量为约33g/m²且填料含量为约18％重量的应用实施例1和2以及应用对比例1～3时，尽管应用对比例的手工纸张的密度为0.54～0.57g/cm³，但是应用实施例的手工纸张的密度却为0.48～0.52g/cm³。因此，最大实现了约0.1g/cm³的到低密度的变化。

而且，当比较定量为约63g/m²且填料含量为约8％重量的应用实施例3和应用对比例4时，尽管应用对比例中手工纸张的密度为0.56g/cm³，但是应用实施例中手工纸张的密度却为0.52g/cm³。因此，实现了大约0.04g/cm³的到低密度的变化。

此外，实施例中手工纸张的刚性也是优异的。更具体地，从表3可以看出，当以几乎相等的定量和相等的填料含量比较应用实施例的手工纸张和应用对比例的手工纸张时，前者的刚性更优异。例如，当应用实施例1的手工纸张与应用对比例1的手工纸张相比较时，可以看出，应用实施例1中的Clark刚性为16.1cm³/100，而应用对比例1中的却为13.4cm³/100，尽管两种情况中的定量和填料含量相等。因此，这暗示本发明在Clark刚性方面更优异。

中空载体和功能性颗粒的应用实施例

现将说明其中使用在前述实施例中制备的碱式碳酸镁作为载体的功能性颗粒的制备。

应用实施例4

在500mL的烧杯中，通过称量加入10.0g根据实施例1的碱式碳酸镁，并向其中加入200mL的萘-甲醇溶液(20mg/mL)，接着浸湿1小时。滤除固体成分之后，用甲醇洗涤，接着蒸发甲醇。由此制得封装了萘的功能性颗粒。按类似的方式，用根据实施例5～7的碱式碳酸镁，同样制备封装了萘的功能性颗粒。

应用实施例5

用10g 1％的烷基多氨基乙基甘氨酸盐酸盐(alkylpolyaminoethylglycinehydrochloride)水溶液，浸湿10g根据实施例1的碱式碳酸镁。由此制得具有烷基多氨基乙基甘氨酸盐酸盐之缓蚀作用的功能性颗粒。按类似的方式，利用根据实施例5～7的碱式碳酸镁制备具有烷基多氨基乙基甘氨酸盐酸盐之缓蚀作用的功能性颗粒。

应用实施例6

在200ml的烧杯中，加入50g商用叩头虫香料，并向其中加入50ml 20％的试剂级α-环糊精的水溶液，制得含环糊精水溶液的叩头虫香料。向该溶液中加入20g于实施例1中制备的碱式碳酸镁，然后搅拌。接着在减压条件下进行吸收，直至看不见气泡为止，接着在返回常压后，于常规条件下进行干燥。由此，将叩头虫香料封装于包含碱式碳酸镁的中空载体中。

之后，向其中加入20ml 2％的角叉菜多糖·葡苷露聚糖交联产物(6∶4)的水溶液，接着将其混合均匀，然后通过冷冻干燥法进行干燥。由此制得封装了叩头虫香料且其表面涂布了聚合物(角叉菜多糖·葡苷露聚糖交联产物)的功能性颗粒。按类似的方式，利用根据实施例5～7的碱式碳酸镁，同样制备封装了叩头虫香料且其表面涂布了聚合物的功能性颗粒。

应用实施例7

在200ml的烧杯中，将10g商用的双岐杆菌(冷冻干燥粉末制品，活细胞数：4×10⁸/mL)和50ml的食用油(NOF公司制造，“Panacete”，中等链的脂肪酸酯)简单地混合。向其中加入根据实施例1的具有管状结构的碱式碳酸镁。搅拌该混合物之后，用真空干燥器实施减压，进而将含双歧杆菌的食用油封装在具有管状结构的碱式碳酸镁中。

下一步，将10g的乳钙(milk calcium)和5g的酪素钠加到25ml的水中，然后充分搅拌。之后，向其中加入事先封装了双歧杆菌的碱式碳酸镁并混合至均匀。由此，通过冷冻干燥法，制得封装了双歧杆菌且其表面涂有干酪素的功能性颗粒。封装了双歧杆菌的功能性颗粒的表面以这种方式覆盖了干酪素，且在少量胃酸进入的情况下，碱式碳酸镁中和进入的胃酸。因此，在经口给用的情况下，可以降低因胃酸而导致的双歧杆菌的死亡率。

应用对比例5

类似于应用实施例4，利用对比例1～3的碱式碳酸镁，制备以萘浸湿的颗粒。

应用对比例6

类似于应用实施例5，利用对比例1～3的碱式碳酸镁，制备以烷基多氨基乙基甘氨酸盐酸盐浸湿的颗粒。

应用对比例7

类似于应用实施例6，利用对比例1～3的碱式碳酸镁，制备以叩头虫香料浸湿的颗粒。

关于萘的缓释性的评价

将在应用实施例4和应用对比例5中制备的封装了萘的功能性颗粒置于40℃的热水浴中，并以随时间而定的方式测量萘的剩余比例。由表4所示的结果可以看出，对于包含实施例1之具有管状结构的碱式碳酸镁的中空载体的应用实施例4而言，其在15天之后仍保持大约20～30％的萘；而对于其中采用对比例1～3的碱式碳酸镁的应用对比例5而言，所有的萘在5天后全部蒸发掉。

此外，在用作中空载体的管状聚集颗粒的内径以及萘的缓释作用(萘剩余比例)方面，内径小的中空载体(实施例7，内径为0.5～1μm)具有最高的萘剩余比例，而内径大的中空载体(实施例5，内径为2～5μm)则具有低的萘剩余比例。据推测，较小的内径可以减小封装于中空载体之管状结构中的萘与外部空气的接触。因此，这暗示，可以通过改变管状聚集颗粒的内径来控制萘的释放速度。

表4

防霉性能的评价

进行下面试验的目的是，评价在应用实施例5和应用对比例6中制备的用烷基多氨基乙基甘氨酸盐酸盐浸透的功能性颗粒，以及对比例1的未用烷基多氨基乙基甘氨酸盐酸盐浸透的碱式碳酸镁颗粒的防霉性能。

更具体地，将水到入玻璃干燥器的下部，并将前述的颗粒散布在置于中间支架上的佩氏培养皿中。其上放置了5C号过滤纸，接着在其上面进一步放置一片切成3cm见方的厚度为1.2的面包。盖子处于10％打开的状态，并贮存在28℃的培养箱中。然后在30天、90天和120天后，测定片状面包上存在/不存在霉菌的产生。

结果示于表5中。对于在应用实施例5中制备的使用具有管状结构的碱式碳酸镁作为中空载体的功能性颗粒，即使在120天之后也未发现霉菌的产生。另一方面，关于应用对比例6的采用对比例1～3的碱式碳酸镁的功能性颗粒，自90天之后即发现霉菌的产生。此外，对于根据对比例的未用烷基多氨基乙基甘氨酸浸透的碱式碳酸镁而言，在30天之后即发现有大量的霉菌产生。

表5

叩头虫香料之遮蔽作用的评价

将于应用实施例6和应用对比例7中制备的内含叩头虫香料的功能性颗粒各10克，分别装在六个200ml的烧杯中，且通过称量在另外的六个200ml烧杯分别各自装填6.2克的商用叩头虫香料。然后将它们贮存在恒温恒湿的房间中，室温为23℃，湿度为50％。分别在试验开始日、3天后、1周后、2周后、1个月后和2个月后，将100ml的热水加到烧杯中，并测量香味的强度。

结果示于表6中。测得根据应用实施例6的封装了叩头虫香料的功能性颗粒即使在2个月之后仍发出强烈的香味。另一方面，关于应用对比例7的其中使用对比例1～3的碱式碳酸镁的功能性颗粒，香味在1周后即减弱，且2周后几乎就没剩什么香味了。而且，关于商用的叩头虫香料，其香味在3天后即减弱，且在1周后就没剩什么香味了。

表6

◎：强烈，○：正常，△：弱，X：几乎不存在

从上述结果(即表4～6)可以看出，根据应用实施例的功能性颗粒具有高缓释性和遮蔽作用，这些均源于包含碱式碳酸镁片状微晶之管状聚集颗粒的中空载体的独特形状。

工业实用性

本发明提供具有如上所述之新颖和独特结构的碱式碳酸镁及其制备方法，以及包含该碱式碳酸镁的组合物或结构。此外，本发明还提供包含该碱式碳酸镁的中空载体和功能性颗粒，以及它们的制备方法。而且，本发明还提供用于低密度纸的填料，包含该碱式碳酸镁的低密度纸，以及它们的制备方法。

本发明的碱式碳酸镁具有片状微晶之多孔和管状的独特形状，及源于该形状的各种优异特性，如高比表面积，高孔隙体积，高吸油性，高吸水性和低堆积密度。本发明提供具有这些优异特性的碱式碳酸镁的制备方法，特别地，本发明提供能够以低成本和低杂质含量制备这种碱式碳酸镁的方法。

此外，本发明的组合物或结构可以是含该碱式碳酸镁的各种组合物或结构中的任意一种，例如橡胶，树脂，纸张，成型产品，药物基片农药，及化妆品，由此可以对将前述的特性赋予不同的产品。

由于管状的形状和颗粒表面的不规则性，当其用作各种填料时可以发挥增强作用，而且由于源于管状形状的低堆积密度特性，其还可以有效地减轻包含它的产品的重量。另外，由于管状的形状以及具有呈卡片箱结构的聚集颗粒的特征，其作为多孔材料的性能也是优异的，也可以有效地用作各种吸附剂和载体。

本发明的功能性颗粒可以通过较简单的方法来制备，即令包含碱式碳酸镁片状微晶之管状聚集颗粒的中空载体与任意一种活性成分接触，从而使活性成分封装在管状结构中。由于独特的管状形状，本发明可以发挥各种优异特性，如长时间稳定的缓释作用，在特定条件下释放封装物质的受控释放作用，防止质量退化的作用，遮蔽作用，及保护作用。特别是就缓释作用而言，其还具有可以通过控制管状物的长度、内径或厚度进而调节其释放速度的优异特性。

另外，本发明的用于低密度纸的填料是含碱式碳酸镁的组合物，本发明的低密度纸包含该组合物作为填料。于仅含常用填料如碳酸钙、高岭土和氧化钛的纸张相比，低密度纸不仅是具有较低密度的纸张，而且可以抑制在减轻纸张重量中所带来的刚性恶化。

Claims (25)

1.一种碱式碳酸镁，其包含由片状微晶构成的管状聚集的颗粒。

2.根据权利要求1的碱式碳酸镁，其中所述管状聚集的颗粒的内径为0.5～5μm，外径为1～20μm，长度为5～200μm，长度/外径的比例为2～50。

3.根据权利要求1或2的碱式碳酸镁，其根据BET法的比表面积为70～200m²/g。

4.根据权利要求1或2的碱式碳酸镁，其中在采用压汞法进行测量的孔隙度测定法中，孔径为0.01～100μm的微孔的孔体积A为5000～12000mm³/g，且孔径为0.5～5μm的微孔的孔体积B与上述孔体积A之比B/A为0.45～0.85。

5.一种制备碱式碳酸镁的方法，该碱式碳酸镁包含由片状微晶构成的管状聚集的颗粒，该方法包括在20～60℃的温度下，将水溶性镁盐和水溶性碳酸盐混合于水溶液中，制成正常碳酸镁的柱状颗粒的第一步骤，所述正常碳酸镁的柱状颗粒的直径为0.5～10μm，长度为5～500μm，且长度/直径比为2～500；以及使正常碳酸镁的柱状颗粒的悬浮液，在高于第一步骤中制备正常碳酸镁的温度下和35～80℃的温度下经受热处理的第二步骤。

6.根据权利要求5的制备碱式碳酸镁的方法，其中所述第一步骤中使用的水溶性镁盐是包含硫酸镁的水溶液，该硫酸镁产生于氢氧化镁法的脱硫和中和步骤。

7.根据权利要求5～6中任一项的制备碱式碳酸镁的方法，其中在所述第二步骤中，正常碳酸镁柱状颗粒的悬浮液是在7.5～11.5的pH下进行热处理的。

8.一种制备碱式碳酸镁的方法，该碱式碳酸镁包含由片状微晶构成的管状聚集的颗粒，该方法包括将含二氧化碳的气体引入氢氧化镁的悬浮液中制得碳酸氢镁溶液的第一步骤；调节碳酸氢镁溶液，使之具有7.5～11.0的pH以制备正常碳酸镁的柱状颗粒的第二步骤，所述正常碳酸镁的柱状颗粒的形状是0.5～10μm的直径和5～500μm的长度；及调节正常碳酸镁的柱状颗粒的悬浮液使之具有9.0～12.0的pH和30～75℃的温度后将温度保持在该范围以制备碱式碳酸镁的第三步骤，并且将第三步骤中的pH设定为高于第二步骤中制备正常碳酸镁的柱状颗粒时的pH。

9.根据权利要求8的制备碱式碳酸镁的方法，其中在所述第一步骤中，碳酸氢镁溶液是通过将含二氧化碳的气体引入到保持为35℃或更低温度的氢氧化镁悬浮液中而制备的。

10.根据权利要求8或9的制备碱式碳酸镁的方法，其中在所述第二步骤中，将由碳酸氢镁溶液制备正常碳酸镁的柱状颗粒的温度设定为20～55℃。

11.根据权利要求8或9的制备碱式碳酸镁的方法，其中通过将第二步骤中制备正常碳酸镁的pH在8.0～10.0的范围内调节和/或温度在20～55℃的范围内调节，以改变正常碳酸镁柱状颗粒的直径和/或长度，进而在第三步骤中制得具有所需直径和/或长度的碱式碳酸镁的管状聚集的颗粒。

12.一种用于低密度纸的填料，其包含根据权利要求1～4中任一项的碱式碳酸镁。

13.一种低密度纸，其包含根据权利要求1～4中任一项的碱式碳酸镁作为填料。

14.根据权利要求13的低密度纸，其中按纸的绝对干重计，碱式碳酸镁的重量百分含量为2～25％。

15.根据权利要求13或14的低密度纸，其重量为25～75g/m²，其中按纸的绝对干重计，填料的重量百分含量为5～25％，且填料中包含重量百分含量为50～100％的碱式碳酸镁。

16.根据权利要求13或14的低密度纸，其密度为0.40～0.55g/cm³。

17.一种制备低密度纸的方法，包括通过掺混根据权利要求1～4中任一项的碱式碳酸镁作为填料而进行的造纸。

18.一种中空的载体，其包含根据权利要求1～4中任一项的碱式碳酸镁。

19.一种功能性颗粒，其包含一种或多种封装于中空载体内的物质，所述中空载体包含根据权利要求1～4中任一项的碱式碳酸镁。

20.根据权利要求19的功能性颗粒，其中封装一种或多种物质的中空载体的表面被聚合物所覆盖。

21.根据权利要求19或20的功能性颗粒，其中被封装的物质为芳香物质，营养剂，食品添加剂，医药，农药或肥料。

22.一种制备功能性颗粒的方法，包括使中空载体与一种或多种物质接触，进而将该物质封装于中空载体中，其中所述中空载体包含根据权利要求1～4中任一项的碱式碳酸镁。

23.一种制备功能性颗粒的方法，包括将一种或多种物质封装在中空的载体中，所述中空载体包含根据权利要求1～4中任一项的碱式碳酸镁；接着用聚合物覆盖中空载体的表面。

24.根据权利要求22或23的制备功能性颗粒的方法，其中要封装在中空载体中的物质为选自芳香物质，营养剂，食品添加剂，医药，农药及肥料中的至少一种。

25.一种组合物，其包含根据权利要求1～4中任一项的碱式碳酸镁。

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