CN102557100A - 一种球形纳米碳酸钙的制备方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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NH4HCO3和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，制得粒度分布均匀、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10nm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(2)：26-28.
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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0.05~0.10mol/L的碳酸钠溶液；
（2）将氯化钙溶解于水中得到浓度为1.0～2.0mol/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0.06～0.1mol/L。
更优的碳酸钠溶液浓度为0.09～0.1mol/L。
所述氯化钙溶液的浓度优选1.3～2.0mol/L。
更优的氯化钙溶液浓度为1.8～2.0mol/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，继续搅拌至均匀，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，大小分布均匀，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。
附图说明
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0.1mol/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0.1mol/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10ml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，颗粒大小分布均匀。
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0.1mol/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0.1mol/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10ml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，颗粒大小分布较均匀。
实施例3
称取0.1g硬脂酸钠（按碳酸钙质量的5%计量）搅拌溶解于70℃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均匀后，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。
Claims (2)
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1.0～2.0mol/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，继续搅拌至均匀，得到包覆有硬脂酸钠的球形纳米碳酸钙。
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