CN102674423B - 一种造纸涂布用片状超细碳酸钙的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种造纸涂布用片状超细碳酸钙的制备方法，在碳酸钙的合成过程中，控制一定的碳化温度，当碳化率达到5～10%时，停止碳化，加入已配制好的丙酸和乳酸混合液，搅拌后在碳酸钙的晶核表面生成板状丙酸钙和乳酸钙，作为晶形控制剂,然后再继续碳化，由于碳酸钙的溶度积小于丙酸钙和乳酸钙的溶度积，所以在碳酸钙晶粒的表面不断由碳酸钙置换丙酸钙和乳酸钙，而置换出的丙酸和乳酸又在碳酸钙的表面沉积作为新的晶形控制剂，从而达到碳酸钙粒径大小和形貌可控。本发明生产出来的片状超细碳酸钙平均直径为小，厚度为薄，白度和吸油值达到达到国家标准，可完全替代高岭土作为造纸涂布用填料，给企业带来了经济效益。
Description
技术领域：
本发明涉及造纸涂布加工技术，尤其涉及一种造纸涂布用片状超细碳酸钙的制备方法。
背景技术：
碳酸钙是一种重要的无机化工产品，是目前用途最广的无机填充料之一，广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨等化工产品。随着工业的迅速发展，各行各业对碳酸钙的形貌和粒度大小提出了越来越高的要求，必须大量生产各种规格的产品以满足不同市场的需求。碳酸钙产品超细化、系列化、功能化已成为碳酸钙工业发展的方向。
片状超细碳酸钙填料在造纸行业中，能提高纸张表面的平整度和光洁度，特别是可用来替代价格较贵的片状高岭土。对片状超细碳酸钙的研制始于20世纪80年代。由于碳酸钙的稳定晶形一般是链状、纺锤体和立方体状，而不是片状。因此对于片状超细碳酸钙的研究已成为人们研究的热点。一般片状超细碳酸钙的制备由物理研磨法和化学合成法。
上海东升新材料有限公司申请的发明专利（申请号200810204979.9）介绍了用纤维状轻质碳酸钙（长径比为20∶1～80∶1）配成浓度为65-75%的浆料，然后加入助磨剂研磨得粒径在0.2～0.6微米 的片状碳酸钙，径厚比为10∶1～30∶1。该法首先要通过化学法合成纤维状轻质碳酸钙，然后再通过机械法研磨，工艺流程长，生产能耗大。
山东大学公开了一种拟六方片状碳酸钙亚稳态晶型(文石)颗粒及其制备方法(申请号：200910019852.4)，产品平均粒径为1～2μm。由该法合成的片状碳酸钙粒径大，达不到高档纸张涂料对片状超细碳酸钙的粒度大小要求。
河北工业大学发明了一种长程有序层状纳米结构碳酸钙多晶粉体及其制备方法（申请号：200910069268.X）。该粉体具有由表面活性剂十二烷基磺酸钠所形成的双层单元与片状碳酸钙纳米晶单元交替排列成层状纳米结构，它不同于层状高岭土，不能完全替代层状高岭土作为造纸涂布用填料。
对于高档造纸涂布填料用片状超细碳酸钙，其径厚比大于4，粒径在1微米左右，该产品未见工业化生产报导。
发明内容：
本发明的目的是提供一种造纸涂布用片状超细碳酸钙的制备方法，以克服现有技术在碳酸钙的生产过程中，一般所得产品主要是纺锤形、链状或立方形，不适用于替代片状高岭土作为造纸涂布料用的问题。
本发明的技术方案如下：
造纸涂布用片状超细碳酸钙的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
（1）准备配制好的重量浓度为8～15%的氢氧化钙浆料待用，控制初始碳化温度在25～30℃，然后在搅拌下通入含有二氧化碳气体体积浓度为20～35%的石灰窑气进行碳化，当碳化率达到5～10%时停止碳化，形成含有碳酸钙的碳化混合液。
（2）在碳化混合液中加入酸性混合液，搅拌反应5～10分钟，在碳酸钙的晶核表面异相成核生成丙酸钙和乳酸钙；
其中酸性混合液由丙酸和乳酸构成：丙酸的加入量是碳酸钙重量的0.5～2.0%，乳酸的加入量是碳酸钙重量2.0～0.5%。
（3）然后在搅拌下通入石灰窑气，再次碳化1～3h至pH检测值为6.5～7，并控制碳化反应的最高温度不超过45℃，即得粒径在1微米左右，径厚比大于4的片状超细碳酸钙浆料。
（4）片状超细碳酸钙浆料过滤至含水量小于50%的滤饼，可直接用于配制成造纸涂布料，或在80～110℃烘干，即得片状超细碳酸钙粉体。
所述的造纸涂布用片状超细碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述的碳化过程中通入含有二氧化碳气体体积浓度为20～35%的石灰窑气的速率控制在4m3/min～10 m3/min。
本发明的优点是：
本发明生产出来的片状超细碳酸钙平均直径为小，厚度为薄，白度和吸油值达到达到国家标准，克服了现有技术在碳酸钙的生产所得产品主要是纺锤形、链状或立方形，可完全替代高岭土作为造纸涂布用填料，给企业带来了经济效益。
具体实施方式：
造纸涂布用片状超细碳酸钙的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
（1）准备配制好的重量浓度为8～15%的氢氧化钙浆料待用，控制初始碳化温度在25～30℃，然后在搅拌下通入含有二氧化碳气体体积浓度为20～35%的石灰窑气进行碳化，当碳化率达到5～10%时停止碳化，形成含有碳酸钙的碳化混合液。
（2）在碳化混合液中加入酸性混合液，搅拌反应5～10分钟，在碳酸钙的晶核表面异相成核生成丙酸钙和乳酸钙；
其中酸性混合液由丙酸和乳酸构成：丙酸的加入量是碳酸钙重量的0.5～2.0%，乳酸的加入量是碳酸钙重量2.0～0.5%。
（3）然后在搅拌下通入石灰窑气，再次碳化1～3h至pH检测值为6.5～7，并控制碳化反应的最高温度不超过45℃，即得粒径在1微米左右，径厚比大于4的片状超细碳酸钙浆料。
（4）片状超细碳酸钙浆料过滤至含水量小于50%的滤饼，可直接用于配制成造纸涂布料，或在80～110℃烘干，即得片状超细碳酸钙粉体。
碳化过程中通入含有二氧化碳气体体积浓度为20～35%的石灰窑气的速率控制在4m3/min～10 m3/min。
为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本发明。
实施例1：
在10立方米的反应釜中，加入浓度为8%（重量浓度）的氢氧化钙浆料8立方米，通过夹套冷却将氢氧化钙浆料的温度降至28℃，然后通入含二氧化碳气体体积浓度为28%的窑气进行碳化，其中窑气的流量为6立方米/分，搅拌机的功率为7.5KW/时，转速为20转/分，碳化12分钟，约碳化率在8%左右，碳化液的温度升至31℃，停止碳化。然后加入丙酸9公斤和乳酸13.5公斤的混合液，继续搅拌6分钟，此时在碳酸钙晶粒的表面生成板状丙酸钙和乳酸钙。然后按上述相同的碳化工艺条件（即保持通气量和搅拌速率不变的情况下）继续碳化2小时，此时反应液的温度已上升至42℃，为了防止碳化液的温度升得过高，在碳化釜的夹套中通入冷却水，维持反应温度不高于45℃，继续碳化约30分钟至反应液的pH为6.5～7，即到反应终点，停止碳化。
采用日本JEM-1200EX Ⅱ型透射电镜测得片状超细碳酸钙的平均直径为0.9～1.1微米，厚度为0.2～0.4微米；根据国家标准（GB/T19590-2004）测得该产品的白度93，吸油值36，可完全替代高岭土作为造纸涂布用填料。
实施例2：
在10立方米的反应釜中，加入浓度为12%（重量浓度）的氢氧化钙浆料8立方米，通过夹套冷却将氢氧化钙浆料的温度降至28℃，然后通入含二氧化碳体积浓度为28%的窑气进行碳化，其中窑气的流量为8立方米/分，搅拌机的功率为7.5KW/时，转速为20转/分，碳化15分钟，碳化液的反应温度已升至32℃，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，搅拌8分钟，此时在碳酸钙晶粒的表面生成板状丙酸钙和乳酸钙。然后按实施例1相同的碳化工艺条件并控制好碳化液的温度不高于45℃继续碳化至反应液的pH为6.5～7，即反应终点停止碳化。
采用日本JEM-1200EX Ⅱ型透射电镜测得片状超细碳酸钙的平均直径为1.0～1.1微米，厚度为0.2～0.4微米；根据国家标准（GB/T19590-2004）测得该产品的白度92.5，吸油值38，可完全替代高岭土作为造纸涂布用填料。
实施例3：
在10立方米的反应釜中，加入浓度为15%（重量浓度）的氢氧化钙浆料8立方米，通过夹套冷却将氢氧化钙浆料的温度降至30℃，然后通入含二氧化碳气体体积浓度为28%的窑气进行碳化，其中窑气的流量为8立方米/分，搅拌机的功率为7.5KW/时，转速为20转/分，碳化20分钟，碳化液的反应温度已升至34℃，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，搅拌10分钟，此时在碳酸钙晶粒的表面生成板状丙酸钙和乳酸钙。按实施例1相同的碳化工艺条件并控制好碳化液的温度不高于45℃继续碳化至反应液的pH为6.5～7，即反应终点停止碳化。
采用日本JEM-1200EX Ⅱ型透射电镜测得片状超细碳酸钙的平均直径为0.8～1.0微米，厚度为0.2～0.3微米；根据国家标准（GB/T19590-2004）测得该产品的白度92.5，吸油值40，可完全替代高岭土作为造纸涂布用填料。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (2)
1.一种造纸涂布用片状超细碳酸钙的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
（1）准备配制好的重量浓度为8～15%的氢氧化钙浆料待用，控制初始碳化温度在25～30℃，然后在搅拌下通入含有二氧化碳气体体积浓度为20～35%的石灰窑气进行碳化，当碳化率达到5～10%时停止碳化，形成含有碳酸钙的碳化混合液；
（2）在碳化混合液中加入酸性混合液，搅拌反应5～10分钟，在碳酸钙的晶核表面异相成核生成丙酸钙和乳酸钙；
其中酸性混合液由丙酸和乳酸构成：丙酸的加入量是碳酸钙重量的0.5～2.0%，乳酸的加入量是碳酸钙重量2.0～0.5%；
（3）然后在搅拌下通入石灰窑气，再次碳化1～3h至pH检测值为6.5～7，并控制碳化反应的最高温度不超过45℃，即得粒径在1微米，径厚比大于4的片状超细碳酸钙浆料；
（4）片状超细碳酸钙浆料过滤至含水量小于50%的滤饼，可直接用于配制成造纸涂布料，或在80～110℃烘干，即得片状超细碳酸钙粉体。
2.根据权利要求1所述的造纸涂布用片状超细碳酸钙的制备方法，其特征在于：所述的碳化过程中通入含有二氧化碳气体体积浓度为20～35%的石灰窑气的速率控制在4m3/min～10 m3/min。
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Denomination of invention: A preparation method of flake ultrafine calcium carbonate for paper coating Effective date of registration: 20220610 Granted publication date: 20141029 Pledgee: Anhui Shitai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: CHIZHOU KAIERTE NANO TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980007427 |
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