CN107337938A - 轻质或纳米级彩色活性碳酸钙及其生产方法和用途 - Google Patents

Abstract

一种轻质或纳米级彩色活性碳酸钙及其生产方法和用途，为彩色的碳酸钙粉体，中心为纳米或轻质碳酸钙粉体，在纳米或轻质碳酸钙粉体外表面粘附着一层彩色的染色剂，形成彩色活性轻质碳酸钙粉末。彩色活性轻质碳酸钙粉末制备是在常规的纳米碳酸钙生产工艺中，增加湿法染色、湿法改性工艺，使得制备出来的纳米碳酸钙为彩色轻质碳酸钙。所述的彩色轻质碳酸钙用于彩色塑料、橡胶等有机高分子材料的制备，或将轻质或纳米级彩色活性碳酸钙直接用来作为彩色跑用料。

Description

轻质或纳米级彩色活性碳酸钙及其生产方法和用途

技术领域

本发明涉及到一种无机非金属复合新材料及其制作方法和用途，尤其是指一种轻质或纳米级彩色活性碳酸钙及其制作方法和用途，主要用于彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨等材料制备中作为彩色填料，也可直接用于制作彩色粉体，属于化工材料及其制作技术领域。

背景技术：

碳酸钙（化学式为CaCO3）是一种用量最大、用途最广的新型无机填料，广泛应用于橡胶、塑料、涂料、造纸、电线电缆等领域。纳米碳酸钙是碳酸钙行业的后起之秀，是一种新型高档功能性填料。由于纳米碳酸钙粒子的超细化，其晶体结构和表面电子结构发生变化，产生了普通碳酸钙所不具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，且粒径小、粒度分布窄、比表面积大、表面活性及分散性好、表面能高，在实际使用中体现了很多普通碳酸钙材料所不具备的优异性能，用途更为广泛。纳米碳酸钙产品的高附加值，引起了世界各国的普遍关注，现已成为无机非金属材料研究和企业竞争投资的热点。因此，纳米碳酸钙是一种功能性无机填料，它不但具有增加产品体积、降低产品成本的作用，而且还拥有优良的补强性能。

另一方面，在现代的生活和生产中，需要大量的彩色的塑料、橡胶等有机高分子材料。在这些彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨等材料制备中，往往都是通过添加染料来着色的。现在彩色的塑料等有机高分子材料着色多采用干法混炼着色实现，然而这种干法混炼着色，需要在干法混炼过程中添加各种染料才能制得各种彩色制品。在彩色塑料等有机高分子材料干法混炼过程中，通常会添加的碳酸钙作为填料，但所添加的碳酸钙只能是普通轻质碳酸钙或重质碳酸钙，因为即使是一次原生粒子是纳米碳酸钙，也因团聚而只能显示出二次粒子为微米粒子的性能，因而不能具备纳米特性。而且现在的碳酸钙应用于塑料等有机高分子材料领域时，是一种白色粉末，在彩色塑料等有机高分子材料干法混炼着色过程中还需添加染料，染料的添加量通常为基料的5~10%，而染料单价在2万~100万元/吨，这样使得传统生产方式生产的彩色的塑料、橡胶等有机高分子材料质次而价高。以彩色塑料制品生产工艺为例，将塑料母粒、填料碳酸钙、偶联剂、染料、增塑剂等助剂按一定比例混配，加热的条件下在混炼机中制成，而这个过程所制出的彩色塑料制品往往到不到理想的效果，不仅质量难以保证，而且色差也较大。因此市场急需一种彩色塑料等有机高分子材料制备的新方法。

另外，在彩色跑（也称彩虹派对、彩色趴）领域，一直以来都采用彩色玉米粉作为喷洒娱乐载体，彩色玉米粉采用玉米粉和可食用染色剂调色而成，价格达10~18元/公斤，无毒无味，彩色跑在大城市颇为盛行。专家指出，这些标榜使用玉米粉加上可食用级色素制成的缤纷彩色粉雾，让活动嗨翻天，民众开心之余，却忘了这些易燃粉末一遇火源，恐引发“粉尘爆炸”，杀伤力更甚煤气罐。而如果用彩色轻质碳酸钙代替彩色玉米粉，一是成本低，售价在5~10元/公斤仍然利润可观；二是碳酸钙无毒无味，选用可食用染色剂，对人体和环境无害；三是碳酸钙没有任何粉尘爆炸危险，非常安全。因此，彩色碳酸钙代替彩色玉米粉是一种理想的选择。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利号为CN200510100330.9，名称为“彩色的水泥碳酸钙石膏粉的制造方法” 的发明专利，该专利公开了一种彩色的水泥碳酸钙石膏粉的制造方法，其包括以下步骤：步骤一：提供白水泥、碳酸钙、石膏粉中的任一种，作为主料；步骤二：提供至少一种具有颜色的金属铬合染料；步骤三：提供乙醇、甲醇中任一种，作为溶剂；步骤四：在一定量的溶剂中加入一定量的含有金属铬合染料成份的染料，组成一种有色溶液；步骤五：在一定量的主料中加入一定量的有色溶液，充分搅拌直到主料成为一种有色产品，烘干后包装。本发明方法采用液体染色，工艺简单、成本低廉，采用金属铬合染料生产的产品色调明亮、色泽鲜艳、具有优良的耐候性与稳定性。

2、专利号为CN01823925.0，名称为“高光泽碳酸钙涂料组合物以及由其制备的涂覆纸张和纸板” 的发明专利，该专利公开了一种高光泽碳酸钙涂料组合物以及由其制备的涂覆纸张和纸板，提供一种纸张涂层颜料，其包括第一和第二分散的霰石型淀积碳酸钙(PCC)颗粒。所述混合颜料的第一颗粒具有约0.4μm的平均粒度(APS)，所述混合颜料的第二颗粒具有约0.5μm的平均粒度(APS)。所述混合颜料优选包括第一种0.4μm颗粒与第二种0.5μm颗粒的重量比为约50∶50至约80∶20，最优选为60∶40。还提供了一种制备涂覆纸张的方法，其包括制备混合的霰石型PCC颜料，加入粘结剂，在含有粘结剂和/或添加剂的浆液中将颜料施涂到纸张基料上。优选地，在制备所述浆液之前，混合的霰石型淀积碳酸钙颜料以混合物重量的约30至约85重量%存在，余量为约70-15重量%的粘土。

3、专利号为CN00121776.3， 名称为“涂有碳酸钙的薄片颜料及其生产方法”的发明专利，该专利公开了一种涂有碳酸钙细颗粒的新型薄片颜料、 以及一种生产薄片颜料以及包含所述薄片颜料的化妆品、塑料组合物、油漆组合物和 油墨组合物的方法。其中碳酸钙细颗粒被涂覆在所述 片状基材的表面上；其生产方法是将钙盐水溶液和碳酸盐水溶液在搅拌下加入片状基材的悬浮液中，使得碳酸 钙作为细颗粒涂覆在所述片状基材的表面上，然后过滤、洗涤并干燥。

上述这些专利虽然都涉及到碳酸钙的制作方法，其中CN200510100330.9，名称为“彩色的水泥碳酸钙石膏粉的制造方法”还公开了一种彩色的水泥碳酸钙粉末的制备方法，但仍并非是制作纳米级的彩色碳酸钙粉，仍然是按照传统的着色方法，所加入的碳酸钙粉仍为白色的粉末，在制作水泥时加入染料来制作出彩色的水泥碳酸钙粉末，仍没有解决目前彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨等材料制备所存在的问题，仍需要另外添加染料来进行作色，这样前面所述的问题仍然存在，因此仍有待进一步加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨等材料制作过程中所存在的问题，提出一种新的彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨等材料，以及彩色跑材料用的轻质或纳米级彩色活性碳酸钙及其制备和使用方法，该彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨等材料，以及彩色跑材料用的轻质或纳米级彩色活性碳酸钙，可以免除制作过程中添加染料的麻烦，有效解决现有彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨等材料，以及彩色跑材料制备过程中的一些问题，也可以避免之前“彩色跑”粉末使用中所存在的粉尘爆炸问题。

为了达到这一目的，本发明提供了一种轻质或纳米级彩色活性碳酸钙，为彩色的碳酸钙粉体，中心为纳米或轻质碳酸钙粉体，在纳米或轻质碳酸钙粉体外表面包覆一层彩色的染色剂，形成彩色轻质或纳米碳酸钙粉末。

进一步地，所述的染色剂外表层外还包覆一层由表面改性剂改性所形成的表面改性层，形成一种中心为纳米或轻质碳酸钙粉体。纳米或轻质碳酸钙粉体外覆盖有一层染色剂层，染色剂层外又包覆有一层通过表面改性剂改性所形成的表面改性层的无机非金属基三重复合粉体材料。

进一步地，所述的纳米或轻质碳酸钙粉体包括纳米级碳酸钙粉体或微米级轻质碳酸钙粉体。

一种轻质或纳米级彩色活性碳酸钙的生产方法，在常规的纳米碳酸钙粉末生产工艺中，增加湿法染色工艺，使得制备出来的碳酸钙粉末为彩色的纳米或轻质碳酸钙粉末。

进一步地，所述的湿法染色是在碳化后并增浓的浆液中加入相当于轻质或纳米碳酸钙干粉质量0.5%~2.0%的染色剂，通过控温搅拌对一次原生轻质或纳米碳酸钙粒子进行染色处理。

进一步地，所述的控温搅拌是在室温（20-40℃）状态下，快速搅拌加入的所需染色剂，进行室温染色30-60分钟后；再加热到60-90℃，继续快速搅拌染色30-60分钟，然后自然冷却到常温。

进一步地，所述的湿法染色后的轻质或纳米碳酸钙粒子还将进行表面改性处理，所述的表面改性处理包括湿法改性处理和干法改性处理；所述表面改性处理是采用物理包覆、化学键合等方法对粉体表面进行处理, 有目的地改变颗粒表面的物理化学特性，包括涂覆改性、沉淀反应改性、表面化学改性。

进一步地，所述的彩色轻质碳酸钙的生产工艺流程包括：石灰煅烧→生石灰消化→石灰乳精制→碳化→湿法染色→表面改性处理→过滤→干燥→解聚→包装→产品。

进一步地，所述的碳化过程中控制石灰乳浓度在6%～16%、碳化起始温度在10℃～25℃、碳化过程温度30℃～50℃、二氧化碳浓度30%～99%之间，并在碳化过程中的石灰乳加入必要的晶型控制剂，确保生成的一次原生碳酸钙粒子的粒径在纳米范围内；晶型控制剂的加入量为轻质或纳米碳酸钙干粉质量的0.3%~1.0%。

进一步地，所述的晶型控制剂为柠檬酸、双氧水、乙醇、硫酸盐、多聚磷酸钠、焦磷酸钠、氯化锶、六偏磷酸钠、十二烷基磺酸钠、EDTA和氢氧化镁等。

一种轻质或纳米级彩色活性碳酸钙的应用，将轻质或纳米级彩色活性碳酸钙用于彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨等材料制备中，作为染料和填充料加入；制作彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨材料时直接将带有色彩的轻质或纳米级彩色活性碳酸钙按照所需的色彩替代染料加入，使得轻质或纳米级彩色活性碳酸钙与母料混合形成彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨材料。

一种轻质或纳米级彩色活性碳酸钙的应用，将轻质彩色活性碳酸钙直接用来作为彩色跑用料。

本发明的优点在于：

本发明采取在制作轻质或纳米级碳酸钙的过程中，通过湿法染色和湿法改性，直接制作出轻质或纳米级彩色活性碳酸钙，具有明显的特点。

轻质或纳米级彩色活性碳酸钙（简称彩色纳米钙）是一种在百度、中国知网、中国专利网上都搜索不到任何信息的全新原创产品。具有三大基本特征：粒子是纳米或亚纳米级、湿法染色处理、湿法表面改性处理。其表观性能是在水中不褪色、不掉色、不下沉，添加到塑料、橡胶等有机高分子材料中时具有良好的分散性。与普通的填料轻质碳酸钙（简称轻钙，下同）混配染料不同的是，彩色纳米钙作为一种颜色的载体，添加1.0克左右的染料就可制得100克色彩缤纷的彩色纳米钙，因此对颜色具有放大效应（100倍），可以大大节省染料的用量，而染料的价格通常是纳米碳酸钙的10-20倍，因此，虽然看起来彩色纳米钙比轻钙要贵3-4倍，如果考虑到节省的染料用量的话，采用彩色纳米钙比使用轻钙混配染料要大大降低生产成本，同时有利于简化生产工艺、提高制品的质量，并且表现出一些优异的纳米性能。当用于塑料、橡胶等行业，不仅可以直接制得色彩缤纷的各种彩色制品，而且可提高制品的强度、韧性、透明度等各种物理性能。

彩色轻质碳酸钙，产品为微米级，虽不具备纳米特性，但作为一种染料载体，可节约染料用量，显著降低成本。彩色轻钙也具有三大基本特征：粒子是微米级、湿法染色处理、湿法表面改性处理。其表观性能是在水中不褪色、不掉色、不下沉，添加到塑料、橡胶等有机高分子材料中时具有良好的分散性，但不具备纳米特性。彩色轻钙作为一种颜色的载体，添加0.5-1.0kg左右的染料就可制得100kg色彩缤纷的彩色轻钙，因此对颜色具有放大效应（100-200倍），具有更加显著放大效应，而染料是普通轻钙价格的40-100倍，可以节省染料的用量，显著降低成本。

彩色纳米碳酸钙作为一种颜色的载体，只要添加0.5%-2%的染料，就可制得彩色缤纷的彩色纳米碳酸钙填料，因此，对染料具有放大效应，可显著降低混炼过程中的染料用量。由于染料的价格通常是纳米碳酸钙价格的10~20倍，虽然表面上纳米碳酸钙单价是普通轻质碳酸钙单价的3-4倍，但实际上纳米碳酸钙+1%的染料的成本将低于普通轻质碳酸钙添加6-10%的染料的成本。

附图说明

图1为本发明一个实施例的工艺流程图；

图2为本发明另一个实施例的工艺流程图；

图3为本发明一个实施例的消化装置示意图；

图4为本发明一个实施例的碳化装置示意图；

图5为本发明一个实施例的染色及湿法活化装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

一种蓝色纳米活性碳酸钙，蓝色纳米活性碳酸钙为纳米粒子粉末，中心为纳米级碳酸钙粉体，在纳米碳酸钙粉体外表面通过湿法染色包覆一层蓝色的染色剂，在蓝色的染色剂外表层外还通过湿法改性包覆一层硬酯酸钠改性剂改性所形成的表面改性层，形成一种中心为纳米碳酸钙粉体，纳米碳酸钙粉体外包覆有一层蓝色染色剂层，蓝色剂层外又包覆有一层通过硬酯酸钠改性剂改性所形成的表面改性层的无机非金属基三重复合蓝色纳米活性碳酸钙。

蓝色纳米活性碳酸钙的制备方法如下：

整个蓝色纳米活性碳酸钙的制备工艺如附图1所示，通过附图1可以看出，蓝色纳米活性碳酸钙的制备工艺的特点在于，在碳化增浓工艺后增加了湿法染色和湿法改性两个工序，使得制备出来的纳米活性碳酸钙为彩色纳米活性碳酸钙。所述的蓝色轻质碳酸钙的生产工艺流程为：石灰煅烧→生石灰消化→石灰乳精制→碳化→湿法染色→湿法活化和分散处理→过滤→干燥→解聚→包装→产品。

在制备过程中，所述的碳化过程中控制石灰乳浓度在6%～16%、碳化起始温度在10℃～25℃、碳化过程温度30℃～50℃、二氧化碳浓度30%～99%之间，并在碳化过程中加入纳米碳酸钙干粉质量0.3%~1.0%的晶型控制剂，确保生成的一次原生碳酸钙粒子的粒径在纳米范围内。晶型控制剂为柠檬酸、双氧水、乙醇、硫酸盐、多聚磷酸钠、焦磷酸钠、氯化锶、六偏磷酸钠、十二烷基磺酸钠、EDTA和氢氧化镁中的一种。

所述的湿法染色是在碳化后已经增浓的浆液中加入相当于纳米碳酸钙干粉质量0.5%~2.0%的染料对一次原生轻质（纳米）碳酸钙粒子进行染色处理。

具体制备方法如下：

如图3所示，图3是实施例易得一个实验装置示意图，在消化装置1中，加入1800mL温度为70℃的热水，开启设置在支架4上的搅拌装置2，然后分多次加入300g新鲜生石灰进行消化反应。当消化反应装置中温度计3的温度不再上升时认为消化反应基本结束，停止搅拌，将所得石灰乳在消化装置中静置陈化24h，最后用100目筛过滤，得到精制石灰乳5。

将精制石灰乳进行稀释到质量浓度为10%后转入图4所示的碳化装置201中，碳化装置201包括一个烧杯208，烧杯208放置在一个装有冷却水的冷却装置206内，在烧杯208内布置有二氧化碳分布器209；冷却装置206通过流水控制碳化温度；碳化时开启设置在支架204上的搅拌装置202，同时开启冷却水装置206，碳化起始温度为15℃，并通过二氧化碳分布器209通入二氧化碳进行碳化反应，二氧化碳的体积浓度为90%，通过温度计203控制碳化体系的温度在40℃以下；并通过酸度计207控制体系的pH，当体系的pH低于7时，停止碳化反应，所得纳米碳酸钙熟浆（碳酸钙干粉的质量约为482g）在碳化装置中再静置陈化24h后，将上层清液导出，得到纳米碳酸钙浓浆205（碳酸钙的质量浓度约为20%）。

将碳酸钙浓浆转入图5所示的湿法染色装置301中进行染色反应；湿法染色装置301包括烧杯306，烧杯306放置在电加热装置305上，烧杯306内插有温度计303，并通过支架304安装有搅拌装置302；湿法染色时开启搅拌装置302，常温下分批加入共4.82g（为碳酸钙钙质量的1%）蓝色酸性染料，30min后开启电加热装置305，以每分钟2℃的速度加热，直到温度达到80℃后停止加热，并保温在70~80℃之间30min，然后自然冷却到常温。然后，再次开启搅拌装置302，并将已经染色完毕的蓝色碳酸钙浆液加热到80℃，加入已经事先配制好的硬酯酸钠溶液，其中硬酯酸质量约为9.64g，为碳酸钙钙质量的2%，进行湿法表面改性处理，保温在70~80℃之间30min，再自然冷却到常温，再经过抽滤、干燥和磨粉，最后制得了纳米碳酸钙+蓝色染色剂+表面改性剂的无机非金属基三重复合新材料——蓝色纳米碳酸钙。

这种制备出来的蓝色纳米碳酸钙可以用来制备各种蓝色的塑料、橡胶等有机高分子材料，制备时，只需按照色彩的需要确定所需要添加的蓝色纳米碳酸钙和白色纳米碳酸钙的配比，即可制备出不同深浅蓝色的塑料、橡胶等有机高分子材料。

实施例二

一种黄色纳米活性碳酸钙，黄色纳米活性碳酸钙为纳米粒子粉末，中心为纳米级碳酸钙粉体，在纳米碳酸钙粉体外表面通过湿法染色包履一层黄色的染色剂，在黄色的染色剂外表层外还通过湿法改性包履一层水性聚乙烯乳液改性剂改性所形成的表面改性层，形成一种中心为纳米碳酸钙粉体，纳米碳酸钙粉体外包履有一层黄色剂层，黄色剂层外又包履有一层通过水性聚乙烯乳液改性剂改性所形成的表面改性层的无机非金属基三重复合黄色纳米活性碳酸钙。

黄色纳米活性碳酸钙的制备方法如下：

整个黄色纳米活性碳酸钙的制备工艺如附图1所示，通过附图1可以看出，黄色纳米活性碳酸钙的制备工艺的特点在于，在碳化增浓工艺后增加了湿法染色和湿法改性两个工序，使得制备出来的纳米活性碳酸钙为彩色纳米活性碳酸钙。具体制备方法如下：

如附图3所示，图3所示的消化装置中，加入1200mL温度为80℃的热水，开启搅拌装置，然后分多次加入200g新鲜生石灰进行消化反应。当消化反应装置中温度不再上升时认为消化反应基本结束，停止搅拌，将所得石灰乳在消化装置中静置陈化24h，最后用100目筛过滤，得到精制石灰乳。

将精制石灰乳进行稀释到质量浓度为12%后转入图4所示的碳化装置中，开启搅拌装置和冷却水装置，碳化起始温度为20℃，通入二氧化碳进行碳化反应，二氧化碳的体积浓度为60%，控制碳化体系的温度在40℃以下，当体系的pH低于7时，停止碳化反应，所得纳米碳酸钙熟浆（碳酸钙干粉的质量约为321g）在碳化装置中再静置陈化24h后，将上层清液导出，得到纳米碳酸钙浓浆（碳酸钙的质量浓度约为20%）。

将碳酸钙浓浆转入图5所示的湿法染色装置中进行染色反应，开启搅拌装置，常温下分批加入共2.57g（为碳酸钙钙质量的0.8%）黄色酸性染料，30min后开启电加热装置，以每分钟2℃的速度加热，直到温度达到80℃后停止加热，并保温在70~80℃之间20min，然后自然冷却到常温。然后，开启搅拌装置，并将已经染色完毕的黄色碳酸钙浆液加热到80℃，加入已经事先配制好的水性聚乙烯乳液，其中水性聚乙烯质量约为4.82g，为碳酸钙钙质量的1.5%，进行湿法表面改性处理，保温在70~80℃之间30min，再自然冷却到常温，再经过抽滤、干燥和磨粉，最后制得了纳米碳酸钙+黄色染色剂+表面改性剂的无机非金属基三重复合新材料——黄色纳米碳酸钙。

这种制备出来的黄色纳米碳酸钙可以用来制备各种黄色的塑料、橡胶等有机高分子材料，制备时，只需按照色彩的需要确定所需要添加的黄色纳米碳酸钙和白色纳米碳酸钙的配比，即可制备出不同深浅黄色的塑料、橡胶等有机高分子材料。

实施例三

一种红色轻质活性碳酸钙，红色轻质活性碳酸钙为微米级粒子粉末，中心为微米级碳酸钙粉体，在轻质碳酸钙粉体外表面通过湿法染色包履一层红色的染色剂，在红色的染色剂外表层外还通过湿法改性包履一层聚丙烯酸钠改性剂改性所形成的表面改性层，形成一种中心为轻质碳酸钙粉体，轻质碳酸钙粉体外覆盖有一层红色剂层，红色剂层外又包裹有一层通过聚丙烯酸钠改性剂改性所形成的表面改性层的无机非金属基三重复合红色轻质活性碳酸钙。

红色轻质活性碳酸钙的制备方法如下：

整个红色轻质活性碳酸钙的制备工艺如附图1所示，通过附图1可以看出，红色轻质活性碳酸钙的制备工艺的特点在于，在碳化增浓工艺后增加了湿法染色和湿法改性两个工序，使得制备出来的轻质活性碳酸钙为彩色轻质活性碳酸钙。具体制备方法如下：

如附图3所示，在图3所示的消化装置中，加入1800mL温度为60℃的热水，开启搅拌装置，然后分多次加入300g新鲜生石灰进行消化反应。当消化反应装置中温度不再上升时认为消化反应基本结束，停止搅拌，将所得石灰乳在消化装置中静置陈化24h，最后用100目筛过滤，得到精制石灰乳。

将精制石灰乳进行稀释到质量浓度为16%后转入图4所示的碳化装置中，开启搅拌装置，不开冷却水装置，碳化起始温度为30℃，通入二氧化碳进行碳化反应，二氧化碳的体积浓度为40%，当体系的pH低于7时，停止碳化反应，所得轻质碳酸钙熟浆（碳酸钙干粉的质量约为482g）在碳化装置中再静置陈化24h后，将上层清液导出，得到轻质碳酸钙浓浆（碳酸钙的质量浓度约为20%）。

将碳酸钙浓浆转入图5所示的湿法染色装置中进行染色反应，开启搅拌装置，常温下分批加入共2.9g（为碳酸钙钙质量的0.6%）红色酸性染料，30min后开启电加热装置，以每分钟3℃的速度加热，直到温度达到80℃后停止加热，并保温在70~80℃之间20min，然后自然冷却到常温。然后，开启搅拌装置，并将已经染色完毕的红色碳酸钙浆液加热到80℃，加入聚丙烯酸钠5.80g，为碳酸钙钙质量的1.2%，进行湿法表面改性处理，保温在70~80℃之间30min，再自然冷却到常温，再经过抽滤、干燥和磨粉，最后制得了轻质碳酸钙+红色染色剂+表面改性剂的无机非金属基三重复合新材料——彩色轻质碳酸钙。

这种制备出来的红色轻质碳酸钙可以用来制备各种蓝色的塑料、橡胶等有机高分子材料，制备时，只需按照色彩的需要确定所需要添加的红色轻碳酸钙和白色轻质碳酸钙的配比，即可制备出不同深浅红色的塑料、橡胶等有机高分子材料。

实施例四

一种彩色跑用彩色轻质活性碳酸钙，彩色轻质活性碳酸钙为微米级粒子粉末，中心为微米级碳酸钙粉体，在微米级碳酸钙粉体外表面通过湿法染色包履一层彩色的染色剂，再通过湿法表面改性处理，形成一种中心为微米碳酸钙粉体，微米碳酸钙粉体外包履有一层彩色染色剂层和偶联剂的无机非金属基三重复合彩色轻质活性碳酸钙。

彩色轻质活性碳酸钙的制备方法如下：

整个彩色轻质活性碳酸钙的制备工艺基本如附图2所示。通过附图2可以看出，彩色轻质活性碳酸钙的制备工艺的特点在于，碳化过程中基本上不控制碳化起始温度和碳化过程温度，也基本上不控制氢氧化钙浆液的浓度，所得碳酸钙粒子为微米级。在碳化增浓工艺后增加了湿法染色工序，使得制备出来的轻质活性碳酸钙为彩色轻质活性碳酸钙。干燥和解聚后加入一种或两种偶联剂，最终得到干法改性彩色轻质碳酸钙。所述的彩色轻质碳酸钙的生产工艺流程为：石灰煅烧→生石灰消化→石灰乳精制→碳化→湿法染色→过滤→干燥→解聚→干法改性→包装→产品。

在制备过程中，所述的碳化过程中控制石灰乳浓度在12%～18%、碳化起始温度在20℃～30℃、碳化过程温度60℃～90℃、二氧化碳浓度30%～99%。

所述的湿法染色是在碳化后的浆液中加入相当于轻质碳酸钙干粉质量0.5%~2.0%的染料对一次原生轻质碳酸钙粒子进行染色处理。

具体制备方法如下：

如图3所示，在消化装置中，加入1800mL温度为70℃的热水，开启搅拌装置，然后分多次加入300g新鲜生石灰进行消化反应。当消化反应装置中温度不再上升时认为消化反应基本结束，停止搅拌，将所得石灰乳在消化装置中静置陈化24h，最后用100目筛过滤，得到精制石灰乳。

将精制石灰乳进行稀释到质量浓度为16%后转入图4所示的碳化装置中，开启搅拌装置，碳化起始温度为25℃，通入二氧化碳进行碳化反应，二氧化碳的体积浓度为35%，控制碳化体系的温度在90℃以下，当体系的pH低于7时，停止碳化反应，所得轻质碳酸钙熟浆（碳酸钙干粉的质量约为482g）在碳化装置中再静置陈化24h后，将上层清液导出，得到轻质碳酸钙浓浆（碳酸钙的质量浓度约为20%）。

将碳酸钙浓浆转入图5所示的湿法染色装置中进行染色反应，开启搅拌装置，常温下分批加入共2.92g（为碳酸钙钙质量的0.6%）蓝色酸性染料，30min后开启电加热装置，以每分钟2℃的速度加热，直到温度达到80℃后停止加热，并保温在70~80℃之间30min，然后自然冷却到常温。再经过抽滤、干燥、磨粉，在捏合釜中加热到110~120℃时，加入1.5~2.0%的铝酸酯（钛酸酯、磷酸酯、硬酯酸）偶联剂之中的一种或两种进行干法改性，最后制得了轻质碳酸钙+蓝色染色剂+偶联剂的无机非金属基三重复合新材料——彩色轻质活性碳酸钙，其工艺流程图如图2所示。

这种制备出来的彩色轻质活性碳酸钙可以直接用于制作彩色跑用料。

很显然，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明的优点在于：

本发明采取在制作纳米或轻质碳酸钙的过程中，通过湿法染色、湿法改性或干法改性，直接制作出彩色纳米或轻质碳酸钙，具有明显的优势。

轻质或纳米级彩色活性碳酸钙（简称彩色纳米钙）是一种在百度、中国知网、中国专利网上都搜索不到任何信息的全新原创产品。具有三大基本特征：粒子是纳米或亚纳米级、湿法染色处理、湿法表面改性处理。其表观性能是在水中不褪色、不掉色、不下沉，添加到塑料、橡胶等有机高分子材料中时具有良好的分散性。与普通的填料轻质碳酸钙（简称轻钙，下同）混配染料不同的是，彩色纳米钙作为一种颜色的载体，添加1.0克左右的染料就可制得100克色彩缤纷的彩色纳米钙，因此对颜色具有放大效应（100倍），可以大大节省染料的用量，而染料的价格通常是纳米碳酸钙的10-20倍，因此，虽然看起来彩色纳米钙比轻钙要贵3-4倍，如果考虑到节省的染料用量的话，采用彩色纳米钙比使用轻钙混配染料要大大降低生产成本，同时有利于简化生产工艺、提高制品的质量，并且表现出一些优异的纳米性能。当用于塑料、橡胶等行业，不仅可以直接制得色彩缤纷的各种彩色制品，而且可提高制品的强度、韧性、透明度等各种物理性能。

彩色轻质碳酸钙，产品为微米级，虽不具备纳米特性，但作为一种染料载体，可节约染料用量，显著降低成本。彩色轻钙也具有三大基本特征：粒子是微米级、湿法染色处理、湿法表面改性处理。其表观性能是在水中不褪色、不掉色、不下沉，添加到塑料、橡胶等有机高分子材料中时具有良好的分散性，但不具备纳米特性。彩色轻钙作为一种颜色的载体，添加0.5-0.8kg左右的染料就可制得100kg色彩缤纷的彩色轻钙，因此对颜色具有放大效应（100-200倍），具有更加显著放大效应，而染料是普通轻钙价格的40-100倍，可以节省染料的用量，显著降低成本。

彩色纳米碳酸钙作为一种颜色的载体，只要添加0.5%-2%的染料，就可制得彩色缤纷的彩色纳米碳酸钙填料，因此，对染料具有放大效应，可显著降低混炼过程中的染料用量。由于染料的价格通常是纳米碳酸钙价格的10-20倍，虽然表面上纳米碳酸钙单价是普通轻质碳酸钙单价的3-4倍，但实际上纳米碳酸钙+1%的染料的成本将低于普通轻质碳酸钙+6-10%的染料的成本。

归结起来，彩色纳米碳酸钙具有五大特点：

一是原创产品。彩色纳米碳酸钙在百度、中国知网、专利检索等三大检索中都检索不到任何内容，可见，这是一种填补了国内空白的原创产品。

二是显著降低成本。彩色纳米钙作为一种颜色的载体，只要添加相当于纳米碳酸钙干粉质量0.5%~2%的染料，就可制得100～200倍于染料数量的彩色缤纷的彩色纳米碳酸钙填料，因此，对染料具有放大效应，可显著降低混炼过程中的染料用量，降低生产成本，使彩色纳米钙的使用成本要低于普通轻钙+干法混配染料的使用成本。彩色轻钙的使用成本只有普通轻钙+干法混配染料的使用成本的三分之一，或者是彩色玉米粉使用成本的二分之一。

三是具有纳米效应。彩色纳米钙还具备纳米粉体的量子尺寸效应、表面效应等纳米特性，可以提高所填充的塑料制品、橡胶制品的强度、韧性、透明度等物理性能，将显著提高各种制品性价比。此外，由于彩色纳米钙已经进行了染色、表面活化和分散处理，用户使用过程中更加方便快捷，一般生产普通轻钙的利润不会超过100元/吨，而生产彩色纳米钙的利润可达800～1000元/吨，使彩色纳米钙达到普通轻钙利润的8～10倍，具有很高的性价比，应用潜力很大；生产彩色轻钙的利润更高，但没有纳米特性，只能用于普通制品。

四、高效节能环保。一是彩色纳米（轻质）碳酸钙生产过程中没有强酸强碱、或有毒有害物质参与，产品为中性；二是生产过程中产生的废水废气废渣基本上可实现循环利用或综合利用，因此基本上不会排放有毒有害的三废，具有高效环保节能的特点。

五、三是彩色轻质碳酸钙对人体和环境无害，安全环保，可显著降低成本，且没有粉尘爆炸危险，是彩色跑活动中取代彩色玉米粉的理想材料。

Claims (10)

1.一种轻质或纳米级彩色活性碳酸钙，其特征在于：为彩色的碳酸钙粉体，中心为纳米或轻质碳酸钙粉体，在纳米或轻质碳酸钙粉体外表面包覆一层彩色的染色剂，形成彩色轻质或纳米碳酸钙粉末。

2.如权利要求1所述的轻质或纳米级彩色活性碳酸钙，其特征在于：所述的染色剂外表层外还包覆一层由表面改性剂改性所形成的表面改性层，形成一种中心为纳米或轻质碳酸钙粉体，纳米或轻质碳酸钙粉体外覆盖有一层染色剂层，染色剂层外又包覆有一层通过表面改性剂改性所形成的表面改性层的无机非金属基三重复合粉体材料。

3.如权利要求1所述的轻质或纳米级彩色活性碳酸钙，其特征在于：所述的纳米或轻质碳酸钙粉体包括纳米级碳酸钙粉体或微米级轻质碳酸钙粉体。

4.一种轻质或纳米级彩色活性碳酸钙的生产方法，其特征在于：在常规的纳米碳酸钙粉末生产工艺中，增加湿法染色工艺，使得制备出来的碳酸钙粉末为彩色的纳米或轻质碳酸钙粉末。

5.如权利要求4所述的轻质或纳米级彩色活性碳酸钙的生产方法，其特征在于：所述的湿法染色是在碳化后并增浓的浆液中加入相当于轻质或纳米碳酸钙干粉质量0.5%~2.0%的染色剂，通过控温搅拌对一次原生轻质或纳米碳酸钙粒子进行染色处理。

6.如权利要求4所述的轻质或纳米级彩色活性碳酸钙的生产方法，其特征在于：所述的控温搅拌是在室温状态下，快速搅拌加入的所需染色剂，进行室温染色30-60分钟后；再加热到60-90℃，继续快速搅拌染色30-60分钟，然后自然冷却到常温。

7.如权利要求4所述的轻质或纳米级彩色活性碳酸钙的生产方法，其特征在于：所述的湿法染色后的轻质或纳米碳酸钙粒子还将进行表面改性处理，所述的表面改性处理包括湿法改性处理和干法改性处理；所述表面改性处理是采用物理包覆、化学键合等方法对粉体表面进行处理, 有目的地改变颗粒表面的物理化学特性，包括涂覆改性、沉淀反应改性、表面化学改性。

8.如权利要求4所述的轻质或纳米级彩色活性碳酸钙的生产方法，其特征在于：所述的彩色轻质碳酸钙的生产工艺流程包括：石灰煅烧→生石灰消化→石灰乳精制→碳化→湿法染色→表面改性处理→过滤→干燥→解聚→包装→产品；所述的碳化过程中控制石灰乳浓度在6%～16%、碳化起始温度在10℃～25℃、碳化过程温度30℃～50℃、二氧化碳浓度30%～99%之间，并在碳化过程中的石灰乳加入必要的晶型控制剂，确保生成的一次原生碳酸钙粒子的粒径在纳米范围内；晶型控制剂的加入量为轻质或纳米碳酸钙干粉质量的0.3%~1.0%；所述的晶型控制剂为柠檬酸、双氧水、乙醇、硫酸盐、多聚磷酸钠、焦磷酸钠、氯化锶、六偏磷酸钠、十二烷基磺酸钠、EDTA和氢氧化镁等。

9.一种轻质或纳米级彩色活性碳酸钙的应用，将轻质或纳米级彩色活性碳酸钙用于彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨等材料制备中，作为染料和填充料加入；制作彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨材料时直接将带有色彩的轻质或纳米级彩色活性碳酸钙按照所需的色彩替代染料加入，使得轻质或纳米级彩色活性碳酸钙与母料混合形成彩色塑料、彩色橡胶、彩色涂料、彩色纸张、彩色油墨材料。

10.一种轻质或纳米级彩色活性碳酸钙的应用，将轻质彩色活性碳酸钙直接用来作为彩色跑用料。