CN105731475A - 一种低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法 - Google Patents

一种低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其包括如下步骤：（1）氢氧化钙加水后剪切乳化得到氢氧化钙悬浮液；（2）氢氧化钙悬浮液滴加到硅酸钠溶液或含铝化合物的硅酸钠溶液中生成硅酸钙浆料；（3）硅酸钙浆料抽滤后，所得滤饼加水剪切乳化得到脱碱硅酸钙浆料；（4）将酸性硅酸溶液滴加到脱碱硅酸钙浆料中形成pH值为9－11的硅酸钙悬浮液，再经洗涤、烘干得到低pH值硅酸钙粉体。该粉体具有低pH值、高白度、高吸油值、高比表面积等特点，可作为橡胶、塑料、纸张等基体材料的填料，提高基体材料的力学性能。

Description

一种低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法
技术领域
本发明属于新材料制备技术领域，具体涉及一种低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法。
背景技术
硅酸钙通常由生石灰、石灰乳、氯化钙等为钙源，以硅酸钠、二氧化硅、石英砂、硅藻土为硅源，采用水热法、溶胶-凝胶法、沉淀法制备而成。在此过程中，由于硅酸钙在强碱溶液中生成，使粉体表面含有较多的氢氧根离子导致pH值高达13－14，如此高的pH大大限制了其在橡胶、塑料、纸张等领域中的应用。
如何降低硅酸钙粉体的pH值成为亟待解决的问题。中国发明专利CN101591023“一种利用高铝粉煤灰制备硅酸钙微粉的方法”采用水洗的方法调控粉体表面的酸碱性；中国发明专利CN103212282A“一种降低造纸用粉煤灰联产硅酸钙填料pH值同时净化烟道气的方法”采用烟道气中CO2和SO2气体降低硅酸钙粉体表面的pH值。中国发明专利CN102190309A“降低活性硅酸钙pH的方法”采用硫酸和硫酸铝可使硅酸钙粉体表面的pH值小于11。本发明提供了酸性硅酸溶液降低硅酸钙表面pH值的新方法，同时由于表面二氧化硅的存在，具有较高的吸油值和比表面积。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其包括如下步骤：
（1）氢氧化钙加水后剪切乳化得到氢氧化钙悬浮液；
（2）氢氧化钙悬浮液滴加到硅酸钠溶液或含铝化合物的硅酸钠溶液中生成硅酸钙浆料；
（3）硅酸钙浆料抽滤后，所得滤饼加水剪切乳化得到脱碱硅酸钙浆料；
（4）将酸性硅酸溶液滴加到脱碱硅酸钙浆料中形成pH值为9－11的硅酸钙悬浮液，再经洗涤、烘干得到低pH值硅酸钙粉体。
具体的，步骤（1）中所述氢氧化钙悬浮液的固含量为4%－50%。氢氧化钙为生石灰加水消化或其它方法制备的氢氧化钙粉体。
具体的，步骤（2）中所述硅酸钠溶液模数为1.5－3.5，硅酸钠溶液的质量浓度为6%－15%；所述含铝化合物的硅酸钠溶液的质量浓度为6%－15%，含铝化合物与硅酸钠的摩尔比为0.1－10︰100，所述含铝化合物为十八水硫酸铝或三氯化铝。
步骤（2）中氢氧化钙悬浮液的添加量以氢氧化钙计，氢氧化钙与硅酸钠的摩尔比优选为2︰1－1︰2。
步骤（3）中所述脱碱硅酸钙浆料的固含量优选为5%－20%。
步骤（4）中所述酸性硅酸溶液是将硅酸钠溶液滴加到无机强酸溶液中制备而得；所述无机强酸为硫酸或盐酸，优选硫酸；其中，硅酸钠溶液的质量浓度为6%－30%。
具体的，所述无机强酸以H2SO4或HCl计，硅酸钠溶液以SiO2计，H2SO4或HCl与SiO2的摩尔比为3︰1－7︰1。
具体的，步骤（1）至（3）中反应温度为10℃－90℃，反应时间为1－8小时。
步骤（4）中的烘干温度优选为100℃－150℃。
本发明方法采用酸性硅酸溶液调节硅酸钙表面的pH值，硅酸钙表面pH降低的同时使硅酸脱水生成二氧化硅，制备获得了低pH值的硅酸钙粉体。本方法制备的低pH值硅酸钙粉体具有低pH值、高白度、高吸油值、高比表面积等特点，可作为橡胶、塑料、纸张等基体材料的填料，提高基体材料的力学性能；同时，铝原子可替代硅氧四面体中的硅进入到了硅酸钙的层间，使吸油值增大。
和现有技术相比，本发明制备方法的优点在于：
1）采用酸性硅酸溶液调节硅酸钙表面的pH值，得到的低pH值硅酸钙粉体表面具有活性二氧化硅，有较大的吸油值和比表面积；
2）含铝硅酸钙中的铝原子可替代硅氧四面体中的硅进入到了硅酸钙的层间，使吸油值、比表面积增大；
3）本发明原料廉价易得、生产成本低、操作简单、适于工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
一种低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其包括如下步骤：
（1）硅酸钙的合成：
①将16g氢氧化钙粉体分散于100g水中，25℃、2000转/分的条件下于高剪切乳化机中剪切乳化30分钟，形成氢氧化钙悬浮液，备用；
②将45.4g硅酸钠溶于200g水中（模数2.4），升温到70℃，滴加①所得氢氧化钙悬浮液，20分钟滴加完毕；升温至80℃，2000转/分的条件下剪切乳化反应1小时，获得硅酸钙浆料；
（2）抽滤：硅酸钙浆料抽滤，获得滤饼，滤液回收用于制备硅酸钠；
（3）剪切乳化形成浆料：将（2）中滤饼加入水、2000转/分下剪切乳化10分钟后，得到320g脱碱硅酸钙浆料，备用；
（4）酸化处理：①5mL浓硫酸（98%）溶于40g水中，然后滴加硅酸钠溶液（由5g硅酸钠溶于40g水而得）形成酸性硅酸溶液，均分为两份，备用；②将①中的酸性硅酸溶液滴加到（3）中的脱碱硅酸钙浆料中，第一份酸性硅酸溶液10分钟滴加完毕，30℃、2000转/分条件下剪切乳化30min（广泛pH试纸测定，pH为11~12）；第二份酸性硅酸溶液10分钟滴加完毕，30℃、2000转/分条件下剪切乳化30min（广泛pH试纸测定，pH为9~10）；
（5）洗涤：用水将pH洗涤至10（酸度计测定），抽滤获得滤饼，滤饼在110℃干燥2小时，得到低pH值硅酸钙粉体。
实施例2
一种低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其包括如下步骤：
（1）含铝硅酸钙的合成：
①16g氢氧化钙粉体分散于100g水中，25℃、2000转/分的条件下于高剪切乳化机中剪切乳化30分钟，形成氢氧化钙悬浮液，备用；
②将0.7g十八水硫酸铝溶于50g水形成硫酸铝溶液；
③45.4g硅酸钠溶于200g水中（模数2.4），升温到70℃，滴加②中的硫酸铝溶液，5分钟滴加完毕，然后滴加①中的氢氧化钙悬浮液，20分钟滴加完毕；升温至80℃，2000转/分的条件下剪切乳化反应1小时，获得硅酸钙浆料；
（2）抽滤：硅酸钙浆料抽滤，获得滤饼，滤液回收用于制备硅酸钠；
（3）剪切乳化形成浆料：将（2）中滤饼加入水、2000转/分下剪切乳化10分钟后，得到320g脱碱硅酸钙浆料，备用；
（4）酸化处理：①5mL浓硫酸（98%）溶于40g水中，然后滴加硅酸钠溶液（由5g硅酸钠溶于40g水而得）形成酸性硅酸溶液，均分为两份，备用；②将①中的酸性硅酸溶液滴加到（3）中的脱碱硅酸钙浆料中，第一份酸性硅酸溶液10分钟滴加完毕，30℃、2000转/分条件下剪切乳化30min，pH为11~12（广泛pH试纸测定，pH为11~12）；第二份酸性硅酸溶液10分钟滴加完毕，30℃、2000转/分下剪切乳化30min（广泛pH试纸测定，pH为9~10）。
（5）洗涤：用水将pH洗涤至10（酸度计测定），抽滤获得滤饼，滤饼在110℃干燥2小时，得到低pH值硅酸钙粉体。
对比例1
一种硅酸钙粉体的制备方法，其包括如下步骤：
（1）硅酸钙的合成：
①16g氢氧化钙粉体分散于100g水中，25℃、2000转/分下于高剪切乳化机中剪切乳化30分钟，形成氢氧化钙悬浮液，备用；
②50.4g硅酸钠溶于222g水（模数2.4）中，升温到70℃，滴加①中的氢氧化钙悬浮液，20分钟滴加完毕；升温至80℃，2000转/分下剪切乳化反应1小时；获得硅酸钙浆料；
（2）抽滤：硅酸钙浆料抽滤，获得滤饼，滤液回收用于制备硅酸钠；
（3）剪切乳化形成浆料：将（2）中滤饼加入水、2000转/分下剪切乳化10分钟后，得到320g脱碱硅酸钙浆料，备用。
（4）酸化处理：①5mL浓硫酸溶于40g水中形成硫酸溶液，均分为两份备用；②将①中的硫酸溶液滴加到（3）中的脱碱硅酸钙浆料中，第一份硫酸溶液10分钟滴加完毕，30℃、2000转/分下剪切乳化30min（广泛pH试纸测定，pH为11~12）；第二份硫酸溶液10分钟滴加完毕，30℃、2000转/分下剪切乳化30min（广泛pH试纸测定，pH为9~10）；
（5）洗涤：用水将pH洗涤至10（酸度计测定），抽滤获得滤饼，滤饼在110℃干燥2小时，得到硅酸钙粉体。
对实施例1、2和对比例1所得硅酸钙粉体的相关性能进行测试，结果见表1。其中，pH值、吸油值、比表面积、白度的测定分别按GB/T1717、HG/T3072、GB/T19587、GB/T19281进行测试。由表1可以看出：相同的实验条件下，实施例1、2与用硫酸法制备硅酸钙的对比例1相比较。产品的pH值和白度相当，而实施例1、2比对比例1的吸油值分别大35mL/100g、58mL/100g，比表面积分别高出44m2/g、56m2/g。说明用本方法制备的硅酸钙更有利于作为橡胶、塑料、纸张等基体材料的填料。
表1硅酸钙测试数据

Claims (10)

1.一种低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）氢氧化钙加水后剪切乳化得到氢氧化钙悬浮液；
（2）氢氧化钙悬浮液滴加到硅酸钠溶液或含铝化合物的硅酸钠溶液中生成硅酸钙浆料；
（3）硅酸钙浆料抽滤后，所得滤饼加水剪切乳化得到脱碱硅酸钙浆料；
（4）将酸性硅酸溶液滴加到脱碱硅酸钙浆料中形成pH值为9－11的硅酸钙悬浮液，再经洗涤、烘干得到低pH值硅酸钙粉体。
2.根据权利要求1所述低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述氢氧化钙悬浮液的固含量为4%－50%。
3.根据权利要求1所述低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述硅酸钠溶液模数为1.5－3.5，硅酸钠溶液的质量浓度为6%－15%；所述含铝化合物的硅酸钠溶液的质量浓度为6%－15%，含铝化合物与硅酸钠的摩尔比为0.1－10︰100，所述含铝化合物为十八水硫酸铝或三氯化铝。
4.根据权利要求1所述低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其特征在于：步骤（2）中氢氧化钙悬浮液的添加量以氢氧化钙计，氢氧化钙与硅酸钠的摩尔比为2︰1－1︰2。
5.根据权利要求1所述低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述脱碱硅酸钙浆料的固含量为5%－20%。
6.根据权利要求1所述低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述酸性硅酸溶液是将硅酸钠溶液滴加到无机强酸溶液中制备而得；所述无机强酸为硫酸或盐酸。
7.根据权利要求6所述低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其特征在于：所述硅酸钠溶液的质量浓度为6%－30%。
8.根据权利要求6所述低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其特征在于：所述无机强酸以H2SO4或HCl计，硅酸钠溶液以SiO2计，H2SO4或HCl与SiO2的摩尔比为3︰1－7︰1。
9.根据权利要求1至8任一所述低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其特征在于：步骤（1）至（3）中反应温度为10℃－90℃，反应时间为1－8小时。
10.根据权利要求1所述低pH值高吸油值和比表面积硅酸钙粉体的制备方法，其特征在于：步骤（4）中的烘干温度为100℃－150℃。
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