CN103834997B - 一种蔗糖辅助水热法制备碳酸钙晶须的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用水热法制备碳酸钙晶须的方法。其特征在于首次利用蔗糖作为助剂，通过尿素水解得到高长径比的碳酸钙晶须。在一定的温度下，向尿素和氯化钙的混合溶液中加入不同质量浓度的蔗糖，经一段时间反应后，将所获得的产品用去离子水洗至pH为中性，然后烘干至完全。与其它方法相比，本发明方法简单，易于操作，设备投入资金少，产品具有较好的光滑性、长径比大、产量高、纯度高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及文石型碳酸钙技术领域，尤其是一种蔗糖辅助水热法制备碳酸钙晶须的方法。
背景技术
晶须是直径为几微米、长度为几十微米的单晶体纤维材料。作为一种新型的晶须材料，碳酸钙晶须是继纳米碳酸钙之后的又一种新型无机填充材料，为无毒、无气味、呈白色蓬松状的固体。具有如下的性能和特点：（1）摩擦性能稳定，热衰退与热恢复性能较好；（2）综合性能好，摩擦系数高，耐磨性能和耐热性能高；（3）能减少芳纶纤维，钢纤维，紫铜，钛酸钾等高价值材料的用量，使摩擦材料成本大大降低；（4）产品摩擦后产生的粉末无毒，污染小。（5）原料来源丰富，价格低，不会因为原料问题而对生产产生影响。
碳酸钙晶须与一般粒状碳酸钙（轻钙、重钙、纳米碳酸钙）一样，在增强塑料、摩擦材料、造纸材料、 涂料工业等方面有着广泛的应用。而且在相同条件下，与轻钙及重钙相比，碳酸钙晶须表现出显著的增强、增韧作用。
目前，碳酸钙晶须的合成方法主要有以下几种：
（1）尿素水解法
这种方法是可溶性钙盐与尿素水解产生的二氧化碳在高温高压下制备晶须碳酸钙。
（2）Ca(HCO3)2制备法
此法是利用Ca(HCO3)2的水溶液加热的方法制备碳酸钙晶须。但是该方法需要严格控制反应温度及搅拌速度，而且所得的碳酸钙晶须的长径比不理想。
（3）可溶性钙盐与碳酸盐制备法
即复分解制备法，是可溶性的碳酸盐溶液与可溶性钙盐溶液之间的反应。该方法由于溶液浓度、温度的不均一，会影响碳酸钙晶须的纯度和均匀性。
（4）碳酸化法
碳酸化法是目前国内外研究最多，也是较为成熟的方法。通过向Ca(OH)2水浆料中通入CO2气体来实现，在Ca(OH)2浆料中，预先加入晶型控制剂，通过控制Ca(OH)2浆料的浓度、反应温度及CO2气体的通入速度等气液反应条件合成碳酸钙晶须。该方法最大不足是需要较严格的反应温度和较长的反应时间，才能获得含量较高的文石晶须。
中国专利CN 101935865 A高长径比碳酸钙晶须的制备方法描述了以生石灰或消石灰为原料，采用镁盐作为作为晶型控制剂，通过二氧化碳碳酸化法制造文石型的碳酸钙晶须。但在酸性条件下所制备的碳酸钙晶须长径比很有限，难以在现有技术中得到很大突破。同时该反应需要较严格的反应温度才能获得含量较高的文石晶须，否则 CaCO3晶须中将混有含量较多的 Mg(OH)2杂质。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本发明提供了一种利用水热法制备高长径比碳酸钙晶须的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种蔗糖辅助水热法制备碳酸钙晶须的方法，在一定的温度下，向尿素和氯化钙的混合溶液中加入不同质量浓度的蔗糖，经一段时间反应后，将所获得的产品用去离子水洗至pH为中性，然后烘干至完全，即可得到高长径比的碳酸钙晶须。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括首次利用蔗糖作为助剂生产碳酸钙晶须。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述蔗糖的质量浓度为1%—10%。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述氯化钙和尿素的摩尔比为1:1~10。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述反应温度为80~200℃，反应时间为2~24h。
本发明的有益效果是，
（1）产品具有较好的光滑性、长径比大、产量高、纯度高；
（2）方法简单，易于操作；
（3）合成所用仪器简单，设备投入资金少。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明蔗糖质量浓度为1%的碳酸钙晶须扫描电镜照片；
图2是本发明蔗糖质量浓度为5%的碳酸钙晶须扫描电镜照片；
图3是本发明蔗糖质量浓度为10%的碳酸钙晶须扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明具体的制备过程如下：
（1）分别称取1.110g CaCl2和4.204g CO(NH2)2于50ml的烧杯中，加入40mL的去离子水，然后加入质量浓度为1% ~ 10%的蔗糖。
（2）将烧杯放入超声仪中保持10min，随后将烧杯中的溶液倒入50mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中。
（3）将反应釜放入120℃的干燥箱内，保持6h。
（4）待反应结束降至常温后，将生成物过滤分离，并以适量去离子水洗涤至pH为中性。
（5）将沉淀物在110℃下干燥完全，得到碳酸钙晶须。
下面结合附图和实施例1、2、3对本发明进一步说明。
实施例1
将1.110g CaCl2和4.204g CO(NH2)2溶于40mL的去离子水中，加入质量分数为1%的蔗糖，经超声仪超声后，将溶液倒入50mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在120℃的温度下保持6h。待反应结束降至常温后，将生成物过滤分离，并以适量蒸馏水洗涤至pH为中性。再将沉淀物在110℃下干燥至完全，得到碳酸钙晶须。
图1是蔗糖质量浓度为1%时所制备的碳酸钙晶须的扫描电镜照片，从图中可以清楚的看到针状的碳酸钙晶须，说明蔗糖能够很好的诱导碳酸钙在一维方向上的生长。
实施例2
将1.110g CaCl2和4.204g CO(NH2)2溶于40mL的去离子水中，加入质量分数为5%的蔗糖，经超声仪超声后，将溶液倒入50mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在120℃的温度下保持6h。待反应结束降至常温后，将生成物过滤分离，并以适量蒸馏水洗涤至pH为中性。再将沉淀物在110℃下干燥至完全，得到碳酸钙晶须。
图2是蔗糖质量浓度为5%时所制备的碳酸钙晶须的扫描电镜照片，从图中可以看到碳酸钙晶须长径比最大，说明此时蔗糖浓度最符合针状碳酸钙晶须的生长条件。
实施例3
将1.110g CaCl2和4.204g CO(NH2)2溶于40mL的去离子水中，加入质量分数为10%的蔗糖，经超声仪超声后，将溶液倒入50mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在120℃的温度下保持6h。待反应结束降至常温后，将生成物过滤分离，并以适量蒸馏水洗涤至pH为中性。再将沉淀物在110℃下干燥至完全，得到碳酸钙晶须。
图3是蔗糖质量浓度为10%时所制备的碳酸钙晶须的扫描电镜照片，可以看出虽然碳酸钙晶须仍按一维方向生长，但是其长径比已经大大减小，说明蔗糖的浓度不宜过高。
Claims (1)
1.一种蔗糖辅助水热法制备碳酸钙晶须的方法，其特征是，在120℃下，向尿素和氯化钙的混合溶液中加入5%～10%质量浓度的蔗糖，其中尿素和氯化钙的质量比为4.204:1.11，经超声仪超声后，将溶液倒入50mL 的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，经2～24h反应后，降至常温，将生成物过滤分离，将所获得的产品用去离子水洗至pH 为中性，再将沉淀物在110℃下干燥至完全，然后即可得到高长径比的碳酸钙晶须。
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