CN105417564A - 一种花瓣片状碳酸钙晶体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在超重力场条件下，连续制备花瓣片状碳酸钙晶体的方法。具体实现步骤为：在配制浓度为0.005～0.02mol/LCaCl2水溶液中，滴加一定量的氨水调节其pH值，密封搅拌后转移至超重力反应器中。控制碳化温度在15～50℃，在超重力反应器中，高速旋转的CaCl2混合液与流量为(30～500L/h)的CO2进行逆流接触进行碳化反应。当浆液pH＝6.5～7.0时，停止通气，碳化反应结束。将碳化完全后浆液进行离心，70℃下干燥5小时，粉碎，即得平均粒径为330～640nm的花瓣片状碳酸钙产品。与其它碳化法相比，调控CaCl2水溶液的浓度在0.005～0.02mol/L之间，且无需加入晶型控制剂，采用超重力碳化法制备出的花瓣片状碳酸钙产品具有较窄的粒度分布，形貌均一且分散性好的优点，此外碳化时间大大缩短。

Description

一种花瓣片状碳酸钙晶体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种花瓣片状碳酸钙晶体的制备方法，具体是配制一定浓度的氯化钙水溶液，滴加一定量氨水调节其pH值，在超重力反应器中与二氧化碳逆流接触，碳化反应制备花瓣片状碳酸钙晶体的方法。
背景技术
碳酸钙作为一种用途最为广泛的无机填料之一，大量用于橡胶、塑料、建材、油墨、日用品等的生产、加工和应用中。碳酸钙因加工方法、结晶条件不同所得产品原始颗粒会形成不同的形状，在应用中也反映出不同的效用。《无机材料学报》2002年第六期1315页发表了碳化法制备片状碳酸钙的研究，与其它形貌的碳酸钙相比较，片状碳酸钙在造纸工业中的应用尤为显著，由此配制的涂料流动性及分散性良好，制备的纸张既光洁平滑，又具有较高的白度、不透明度和松厚度，因此片状碳酸钙的研究与开发工作就有十分重要的意义。
造纸片状碳酸钙的制备方法一般分为乳液法和碳化法。碳化法是指采用传统的轻质碳酸钙制备工艺，在碳化过程加入晶型控制剂、分散剂等制备出片状碳酸钙。但是有采用有机膦化物作控制剂的，也有采用硼化物做控制剂的。但有机膦化物价格昂贵，且毒性大，不宜采用。而用可溶性钙盐，并以氨水作为pH值调节剂，与二氧化碳气体在超重力反应器中逆流接触进行碳化反应，制备出新形的花瓣片状碳酸钙晶体，其制备方法还未见报道。由于超重力反应结晶法碳化时间短、生产效率高、粒度分布均匀、不同批次产品的重现性好，有利于工业化的应用。因此，研究利用超重力反应结晶碳化法稳定制备片状碳酸钙更具有现实意义。
中国专利(专利号CN101508454A)公布了一种拟六方片状碳酸钙的制备方法。该方法将有机钙盐(十二烷基硫酸钙等)、有机添加剂(正戊醇等)和氨水组成的钙盐体系与二氧化碳反应生成片状碳酸钙。但该方法制备的片状碳酸钙颗粒较大，且需加入较多添加剂，增加了生产成本，不利与工业化应用。中国专利(专利号CN95117940.3)公布了一种制备片状超细碳酸钙的工艺，该工艺是采用一种液化氨的碳酸盐作为复分解剂进行复分解反应制取片状超细碳酸钙，其中氨可以循环使用，且无需二氧化碳气体。但该方法需加入较多的表面活性剂，且碳化时间较长，产品批次重现性不佳。中国专利(CN01145312.5)公布了一种利用超重力反应器制备多种具体形貌状碳酸钙的方法，此专利通过超重力反应器中旋转床转子的高速旋转，将料液打碎成液滴和液丝，与二氧化碳气体逆流接触进行碳化反应，得到各种具体形貌碳酸钙产品，如纺锤体、针状、片状、球形等。超重力碳化反应得到产品具有诸多优点如形貌均一，粒径小以及分散性能良好等，此外碳化反应时间短也是超重力法的一大特点。
本发明的目的是利用中国专利(CN01145312.5)中的超重力反应器作为主反应器，经氨水调节pH值后的氯化钙水溶液与二氧化碳气体，在超重力反应器中逆流接触进行碳化反应，获得形貌均一，粒径分布较窄且分散性能良好的花瓣片状碳酸钙颗粒。
发明内容
发明要点：本发明为一种连续法制备花瓣片状碳酸钙的方法，以氨水作为pH调节剂，在超重力场反应器中，氯化钙水溶液与二氧化碳逆流接触进行碳化反应。具体实现方式如下：
1、在配制好的浓度为0.005～0.02mol/LCaCl2溶液中，体积均为2.5L，滴加20～60ml浓度为25％的氨水调节pH值，密封搅拌后备用。
2、将配制好的CaCl2溶液加入到超重力反应器中，控制碳化温度15～50℃，超重力反应器中转子的转速为1000～1800rpm，二氧化碳气体流量为30～500L/h。在超重力反应器中高速旋转的CaCl2溶液与CO2逆流接触进行碳化反应。采用数显pH计跟踪碳化反应全过程，当反应浆液pH＝6.5～7.0时，停止通气，碳化反应结束。
3、将碳化完成后浆液进行离心，70℃下干燥5小时，研磨，即得平均粒径为330～640nm的花瓣片状碳酸钙产品。
本发明由于碳化过程在超重力场中进行，强化了反应器中CaCl2溶液与CO2的微观混合和微观传质过程，碳化时间短、生产效率高、得到花瓣片状碳酸钙产品粒度分布较窄、形貌均一，不同批次产品的重现性好，有利于工业化的应用。
附图说明
图1：本发明所采用超重力碳化反应工序的工艺流程图。
图2：本发明所制备的花瓣片状碳酸钙的扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
实施例1
配制浓度分别为(1)0.005mol/L；(2)0.01mol/L；(3)0.02mol/L的CaCl2溶液，其中CaCl2溶液总体积均为2.5L，加入30ml浓度为25％的氨水调节pH，密封搅拌后转移至超重力反应器中。设定碳化温度为15℃，二氧化碳气体流量设定为30L/h，超重力反应器转子转速设定为1400rpm。在超重力反应器中高速旋转的CaCl2溶液与CO2逆流接触进行碳化反应。采用数显pH计跟踪碳化反应全过程，当反应浆液PH＝6.5～7.0时，停止通气，碳化反应结束。将碳化完成后的浆液进行离心，70℃下干燥5小时，研磨，即得花瓣片状碳酸钙产品。用扫面电镜观察(SEM)其形貌，结果见表1。
实施例2
除下述变化外，其余同实施例1。配制浓度为0.01mol/LCaCl2溶液，其中CaCl2溶液总体积均为2.5L，分别加入(1)20ml；(2)30ml；(3)60ml浓度为25％的氨水调节pH，密封搅拌后转移至超重力反应器中。碳化反应完全得花瓣片状碳酸钙产品，用扫面电镜观察(SEM)其形貌，结果见表1。
实施例3
除下述变化外，其余同实施例1。配制浓度为0.01mol/LCaCl2溶液，其中CaCl2溶液总体积均为2.5L，加入30ml浓度为25％的氨水调节pH，密封搅拌后转移至超重力反应器中。设定碳化温度分别为(1)15℃；(2)30℃；(3)50℃。碳化反应完全得花瓣片状碳酸钙产品，用扫面电镜观察(SEM)其形貌，结果见表1。
实施例4
除下述变化外，其余同实施例1。配制浓度为0.01mol/LCaCl2溶液，其中CaCl2溶液总体积均为2.5L，加入30ml浓度为25％的氨水调节pH，密封搅拌后转移至超重力反应器中。设定碳化温度为15℃，二氧化碳气体流量分别设定为(1)30L/h；(2)200L/h；(3)500L/h，超重力反应转子转速设定为1400rpm。碳化反应完全得花瓣片状碳酸钙产品，用扫面电镜观察(SEM)其形貌，结果见表1。
实施例5
除下述变化外，其余同实施例1。配制浓度为0.01mol/LCaCl2溶液，其中CaCl2溶液总体积均为2.5L，加入30ml浓度为25％的氨水调节pH，密封搅拌后转移至超重力反应器中。设定碳化温度为15℃，二氧化碳气体流量设定为30L/h，超重力反应器转子转速分别设定为(1)1000rpm；(2)1400rpm；(3)1800rpm。碳化反应完全得花瓣片状碳酸钙产品，用扫面电镜观察(SEM)其形貌，结果见表1。
表1

Claims (6)

1.一种花瓣片状碳酸钙晶体的制备方法，具体是以氨水作为pH调节剂，以氯化钙水溶液与二氧化碳为原料，在超重力反应器内进行碳化反应制备花瓣片状碳酸钙晶体的方法。其具体步骤为：
(1)配制一定浓度的氯化钙水溶液，滴加氨水调节其pH值，密封搅拌后备用。
(2)将步骤(1)所配制的CaCl2溶液转移至超重力反应器中，控制碳化温度，高速旋转的CaCl2溶液与CO2逆流接触进行碳化反应。采用数显pH计跟踪碳化反应全过程，当反应浆液pH＝6.5～7.0时，停止通气，碳化反应结束。
(3)将碳化完成后浆液进行离心，70℃下干燥5小时，研磨，即得平均粒径为330～640nm的花瓣片状碳酸钙产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)CaCl2水溶液的浓度为0.005mol/L至0.02mol/L。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)通过滴加氨水量调节pH，浓度为25％的氨水的添加量20mL至60mL。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中碳化反应过程需要循环水浴对碳化温度进行控制。其中碳化温度为15℃至50℃。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中碳化反应过程通入二氧化碳气体的流量为30L/h至500L/h。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中碳化反应过程超重力反应器中转子的转速为1000rpm至1800rpm。
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