CN109956490B - 一种以超细研磨重钙做晶种制备花球状轻质碳酸钙的方法 - Google Patents

一种以超细研磨重钙做晶种制备花球状轻质碳酸钙的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以超细研磨重钙做晶种制备花球状轻质碳酸钙的方法，包括如下步骤：将超细研磨重钙作为晶种加入氢氧化钙精浆中混合，通入二氧化碳进行碳化反应，得所述花球状轻质碳酸钙，所述超细研磨重钙的添加量是所述花球状轻质碳酸钙质量的5‰‑20‰。本发明制得的花球状轻质碳酸钙是以超细研磨重钙晶种为核心呈放射性球状生长排列，这样的结构使得花球状轻质碳酸钙具有很高的光散射能力，能够显著提高纸张的白度和不透明度。另外，由于晶种的诱导作用，提高了碳化的效率，减少了对未反应的氢氧化钙的包覆，使得花球状轻质碳酸钙具有极窄的粒径分布，其球状颗粒也赋予了浆料良好的流变性能。

Description

一种以超细研磨重钙做晶种制备花球状轻质碳酸钙的方法
技术领域
本发明涉及造纸填料制备领域，具体涉及一种以超细研磨重钙做晶种制备花球状轻质碳酸钙的方法。
背景技术
轻质碳酸钙是造纸工业中最常用的填料之一，用填料替代造纸纤维，可以降低生产成本，另外可以改善纸张的光学性能、印刷性能和外观。轻质碳酸钙作为一种重要的无机化工原料，因为制备工艺的不同，可能呈立方体、纺锤体、针状、链状、片状等不同晶体形貌。用普通碳化法生产出的轻质碳酸钙，多为纺锤型或针棒状，粒径分布范围宽，颗粒粗，分散性不好，遮盖力不好。
CN1371947A公开了一种制备纳米碳酸钙-重质碳酸钙复合纳米材料的新方法。该方法对物理法制得的重质碳酸钙表面用化学法沉积纳米碳酸钙颗粒，从而制得复合纳米碳酸钙-重质碳酸钙颗粒。这种复合颗粒既保存了重质碳酸钙颗粒的形态可以保持填料的添加量较大以减低成本，同时其表面又被纳米的轻质碳酸钙所改性，具有较低强度从而降低磨损。而且重质碳酸钙的表面被纳米轻质碳酸钙包覆后作为填料在应用中具有高的白度及良好的分散性。因此这种复合颗粒是一种在造纸、塑料、橡胶、涂料等领域具有巨大应用前景的新型材料。
CN103864127A公开了一种花球状球霰石碳酸钙的制备方法，其技术方案是：以氯化钙为原料，用去离子水或蒸馏水配制成一定浓度的水溶液，然后在该溶液中插入pH电极，用氨水调节溶液至9.0～11.5，再通入经气泡石预分散后的二氧化碳气体，当溶液pH降至7.5时，停止通入二氧化碳气体，最后加入乙醇，将沉淀过滤并用去离子水或蒸馏水洗涤后，于105℃下干燥，得到球霰石碳酸钙。所得到的产品形貌为花球状，粒径大小在4～8μm。
目前，虽有制备类似轻质碳酸钙产品的工艺，但得到的花球状轻质碳酸钙光散射能力不佳，粒径分布普遍较宽，此外，仍需寻求更新的制备工艺，简化工艺流程，降低生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种以超细研磨重钙做晶种制备花球状轻质碳酸钙的方法，以解决背景技术存在的上述缺陷。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种以超细研磨重钙做晶种制备花球状轻质碳酸钙的方法，包括如下步骤：将超细研磨重钙作为晶种加入氢氧化钙精浆中混合，通入二氧化碳进行碳化反应，得所述花球状轻质碳酸钙，所述超细研磨重钙的添加量是所述花球状轻质碳酸钙质量的5‰-20‰。其中超细研磨重钙和花球状轻质碳酸钙均为折干质量。
作为优选的技术方案，所述超细研磨重钙的粒径D90为0.35μm-0.55μm。D90是指一个样品的累积粒度分布数达到90％时所对应的粒径。其物理意义是粒径小于它的颗粒占90％。以下D50也是类似含义。
作为优选的技术方案，所述超细研磨重钙是采用超细研磨重钙原浆进一步研磨制得，所述超细研磨重钙原浆的固含量为60％-75％，粘度为200-400cP，D90为1.2μm-1.5μm。
作为优选的技术方案，所述氢氧化钙精浆的固含量为10-17wt％。
作为优选的技术方案，所述氢氧化钙精浆的粒径不大于80目。
作为优选的技术方案，所述碳化反应的具体参数为：初始温度35-55℃，二氧化碳的体积浓度20％-30％,气体流量40-80L/h，搅拌转速400-800rpm。
作为优选的技术方案，所述碳化反应过程中采用电导率仪和pH计控制反应进程。
得到的所述花球状轻质碳酸钙的粒径D90为4.5-12.5μm，D50为2-8.5μm，比表面积SSA为6.5-9.5㎡/g。
对比于现有技术，本发明具有的优点和有益效果如下：
本发明以超细研磨重钙做晶种，通过一步碳化法制备花球状轻质碳酸钙，工艺设备简单，反应条件温和，可以实现工业化生产。
本发明制得的花球状轻质碳酸钙，其显著特征是轻质碳酸钙以超细研磨重钙晶种为核心呈放射性球状生长排列，这样的结构使得花球状轻质碳酸钙具有很高的光散射能力，能够显著提高纸张的白度和不透明度。另外，由于晶种的诱导作用，提高了碳化的效率，减少了对未反应的氢氧化钙的包覆，使得花球状轻质碳酸钙具有极窄的粒径分布，其球状颗粒也赋予了浆料良好的流变性能。
附图说明
图1为实施例1制备的花球状轻质碳酸钙电镜照片。
图2为实施例2制备的花球状轻质碳酸钙电镜照片。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行阐述，但并不限制本发明。
实施例1
取1L东升新材料(山东)有限公司生产的超细研磨重钙GCC95原浆(固含量75％,粘度220cP,D90＝1.32μm)，加水稀释到固含量为25％，以0.8-1.25mm硅酸锆珠作为研磨介质，采用小型研磨机研磨至粒径D90为0.52μm，D50为0.24μm，用研磨后的重钙浆料作为晶种。然后取20L精浆过80目尼龙网，调整至固含量为16％，加入到自制反应釜中。按晶种GCC(折干)/PCC(折干)为20‰添加GCC做晶种，并搅拌10分钟至均匀。按初始温度37℃，气体流量为60L/h，窑气浓度为30％，搅拌速度为700rpm，通气进行碳化，至pH≤7.5时结束碳化，熟浆经过325目筛除杂，最后得到花球状轻质碳酸钙浆料。检测产品固含量为19.09％，pH为7.4，美国粒径D90为4.653μm，D50为2.279μm，比表面积为7.89㎡/g。产品经扫描电镜检测分析如图1所示。
实施例2
取1L东升新材料(山东)有限公司生产的超细研磨重钙GCC95原浆(固含量75％,粘度220cP,D90＝1.32μm)，加水稀释到固含量为25％，以0.8-1.25mm硅酸锆珠作为研磨介质，采用小型研磨机研磨至粒径D90为0.52μm，D50为0.24μm，用研磨后的重钙浆料作为晶种。然后取20L精浆过80目尼龙网，调整至固含量为16％，加入到自制反应釜中。按晶种GCC(折干)/PCC(折干)为15‰添加GCC做晶种，并搅拌10分钟至均匀。按初始温度38℃，气体流量为60L/h，窑气浓度为30％，搅拌速度为700rpm，通气进行碳化，至pH≤7.5时结束碳化，熟浆经过325目筛除杂，最后得到花球状轻质碳酸钙浆料。检测产品固含量为20.64％，pH为7.4，美国粒径D90为10.440μm，D50为8.361μm，比表面积为7.80㎡/g。产品经扫描电镜检测分析如图2所示。
实施例3
取1L东升新材料(山东)有限公司生产的超细研磨重钙GCC95原浆(固含量75％,粘度220cP,D90＝1.32μm)，加水稀释到固含量为25％，以0.8-1.25mm硅酸锆珠作为研磨介质，采用小型研磨机研磨至粒径D90为0.52μm，D50为0.24μm，用研磨后的重钙浆料作为晶种。然后取20L精浆过80目尼龙网，调整至固含量为16％，加入到自制反应釜中。按晶种GCC(折干)/PCC(折干)为10‰添加GCC做晶种，并搅拌10分钟至均匀。按初始温度40℃，气体流量为60L/h，窑气浓度为30％，搅拌速度为700rpm，通气进行碳化，至pH≤7.5时结束碳化，熟浆经过325目筛除杂，最后得到花球状轻质碳酸钙浆料。检测产品固含量为20.0％，pH为7.6，美国粒径D90为9.776μm，D50为7.739μm，比表面积为7.62㎡/g。
实施例4
取1L东升新材料(山东)有限公司生产的超细研磨重钙GCC95原浆(固含量75％,粘度220cP,D90＝1.32μm)，加水稀释到固含量为25％，以0.8-1.25mm硅酸锆珠作为研磨介质，采用小型研磨机研磨至粒径D90为0.52μm，D50为0.24μm，用研磨后的重钙浆料作为晶种。然后取20L精浆过80目尼龙网，调整至固含量为10％，加入到自制反应釜中。按晶种GCC(折干)/PCC(折干)为5‰添加GCC做晶种，并搅拌10分钟至均匀。按初始温度39℃，气体流量为60L/h，窑气浓度为30％，搅拌速度为450rpm，通气进行碳化，至pH≤7.5时结束碳化，熟浆经过325目筛除杂，最后得到花球状轻质碳酸钙浆料。检测产品固含量为13.8％，pH为7.47，美国粒径D90为8.675μm，D50为5.015μm，比表面积为6.70㎡/g。
对比例
取20L精浆过80目尼龙网，调整至固含量为16％，加入到自制反应釜中。未添加GCC晶种。按初始温度37℃，气体流量为60L/h，窑气浓度为30％，搅拌速度为700rpm，通气进行碳化，至pH≤7.5时结束碳化，熟浆经过325目筛除杂，最后得到普通轻质碳酸钙浆料。检测产品固含量为19.5％，pH为7.50，美国粒径D90为5.490μm，D50为3.036m，比表面积为7.20㎡/g。
纸张加填实验：
选用实施例1花球状轻钙样品和实施例5普通轻钙样品进行纸张加填实验：
针叶浆(400SR)：阔叶浆(350SR)：化机浆＝20：58：22(干/干)叩解度:350SR
抄纸工艺：浆(65％)+AKD(18Kg/t纸)+填料(35％)+CPAM(300ppm)
设计抄纸定量80g/m2，将称量好的纸浆搅拌1分钟后，加入AKD、填料，各搅拌1分钟，最后加CPAM搅拌1分钟取下，用LABTECH73-62半自动纸页成型器抄片，经LABTECH 73-50标准纸页压榨机压榨后自然风干，检测纸样纸张松厚度、不透明度、白度、总保留率率等指标。
检测数据见表1：
表1
Figure BDA0001507289910000051
从应用检测结果可以看出，本发明制备的花球状轻质碳酸钙具有很高的光散射能力，能够显著提高纸张的白度和不透明度。另外，具有极窄的粒径分布，其球状颗粒也赋予了浆料良好的流变性能。
本发明以超细研磨重钙做晶种，通过一步碳化法制备花球状轻质碳酸钙，工艺设备简单，反应条件温和，可以实现工业化生产。本发明制得的花球状轻质碳酸钙，其显著特征是轻质碳酸钙以超细研磨重钙晶种为核心曾放射性球状生长排列，这样的结构使得花球状轻质碳酸钙具有很高的光散射能力，能够显著提高纸张的白度和不透明度。另外，由于晶种的诱导作用，提高了碳化的效率，减少了对未反应的氢氧化钙的包覆，使得花球状轻质碳酸钙具有极窄的粒径分布，其球状颗粒也赋予了浆料良好的流变性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。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效物界定。

Claims (6)

1.一种以超细研磨重钙做晶种制备花球状轻质碳酸钙的方法，其特征在于，包括如下步骤：将超细研磨重钙作为晶种加入氢氧化钙精浆中混合，通入二氧化碳进行碳化反应，得所述花球状轻质碳酸钙，所述超细研磨重钙的添加量是所述花球状轻质碳酸钙质量的5‰-20‰；所述超细研磨重钙的粒径D90为0.35μm-0.55μm；所述花球状轻质碳酸钙的粒径D90为4.5-12.5μm，D50为2-8.5μm，比表面积SSA为6.5-9.5m2/g。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超细研磨重钙是采用超细研磨重钙原浆进一步研磨制得，所述超细研磨重钙原浆的固含量为60％-75％，粘度为200-400cP，D90为1.2μm-1.5μm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢氧化钙精浆的固含量为10-17wt％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢氧化钙精浆的粒径不大于80目。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化反应的具体参数为：初始温度35-55℃，二氧化碳的体积浓度20％-30％,气体流量40-80L/h，搅拌转速400-800rpm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化反应过程中采用电导率仪和pH计控制反应进程。
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