鋁酸酯和硬脂酸鈉原位改性碳酸鈣晶須的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了鋁酸酯和硬脂酸鈉原位改性碳酸鈣晶須的制備方法，它的制備工藝是：在70～80℃、攪拌轉(zhuǎn)速600～900轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，向質(zhì)量濃度為0.5～1.5％的氫氧化鈣漿料中加入氯化鎂溶液，并使混合物中鎂鈣摩爾比為1～2.5，攪拌10分鐘，在速率為80～100升/分鐘條件下，通入二氧化碳和氮?dú)怏w積比為1:3的氣體，并加入鋁酸酯和硬脂酸鈉進(jìn)行改性，在反應(yīng)液PH達(dá)到7時(shí)持續(xù)通氣30分鐘后為反應(yīng)終點(diǎn)；將反應(yīng)液進(jìn)行洗滌、抽濾、干燥獲得功能性碳酸鈣晶須；所述鋁酸酯和硬脂酸鈉的加入量分別為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的0.5％～3％和0.5％～1.5％。本發(fā)明方法得到的晶體形狀呈針狀，晶須徑粒分布集中，活化度高，應(yīng)用于造紙?zhí)盍夏芴岣呒垙埿阅埽３州^高的留著率，制作工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】鋁酸酯和硬脂酸鈉原位改性碳酸鈣晶須的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無機(jī)合成【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種采用鋁酸酯和硬脂酸鈉原位改性碳酸鈣晶須的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]碳酸鈣作為造紙主要填料，可以通過填充紙頁中的空隙，提高紙頁的均度，提供一個(gè)更平滑的表面，增加紙張的不透明度和白度，增加適印性，增加尺寸穩(wěn)定性并且降低紙的成本。碳酸鈣屬于多型晶體，主要有方解石、文石和球霰石型三種，碳酸鈣通常以最穩(wěn)定的方解石型在大自然中存在。碳酸鈣晶須則屬于文石型結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特的針狀結(jié)構(gòu)，因而碳酸鈣晶須的加填量得到提高，對(duì)產(chǎn)品的強(qiáng)度、韌性貢獻(xiàn)較大，在橡膠和造紙工業(yè)中可以更大程度減少原膠和纖維的使用，提高橡膠制品和紙頁的綜合性能，提高制品的性價(jià)比。由于碳酸鈣晶須的粒度小表面能高，在水和漿料的體系中分散不均勻，不能跟纖維很好地結(jié)合。碳酸鈣直接加填纖維時(shí)分子間力、靜電作用、氫鍵等引起碳酸鈣粉體的團(tuán)聚。如果在紙張中碳酸鈣用量的增大，這些缺點(diǎn)更加明顯，導(dǎo)致碳酸鈣在紙張中的留著率下降，加填過的紙張出現(xiàn)掉粉、掉毛等現(xiàn)象。
[0003]目前國(guó)內(nèi)很多學(xué)者采取多種措施來改性碳酸鈣，主要分為干法、濕法和原位改性三大類表面處理。干法表面處理工藝較簡(jiǎn)單，只需將碳酸鈣粉末放入高速旋轉(zhuǎn)的捏合機(jī)內(nèi)，按一定比例投入表面處理劑，進(jìn)行表面機(jī)械改性。濕法表面處理則是將改性劑溶解，倒入用量一定的碳酸鈣懸浮液。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn):干法表面處理簡(jiǎn)單易行，操作方便，在捏合機(jī)中生產(chǎn)量大，但產(chǎn)品表面改性劑包覆不均勻，原來的晶須狀結(jié)構(gòu)較易被破壞，產(chǎn)品均勻度差，適用于有機(jī)物和偶聯(lián)劑的表面處理。濕法表面處理改性晶須產(chǎn)品功能性強(qiáng)，能夠運(yùn)用到不同粒子的改性中，但改性劑用量較大，改性與合成需分步驟進(jìn)行，過程復(fù)雜，成本較大。原位改性是直接合成改性碳酸鈣產(chǎn)品，反應(yīng)中可控制晶體形貌的同時(shí)制備出分散性好的碳酸鈣。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于原位改性碳酸鈣晶須的研宄較少，主要研宄集中于機(jī)械改性和一些輕質(zhì)碳酸鈣改性的方法與步驟，改性的普通輕質(zhì)碳酸鈣徑粒分布不集中，長(zhǎng)徑比小，難以達(dá)到晶須的應(yīng)用水平。
[0004]因此，如何制備徑粒分布集中，分散性好，長(zhǎng)徑比高的碳酸鈣晶須，達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用水平是本領(lǐng)域的技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用鋁酸酯和硬脂酸鈉原位改性碳酸鈣晶須的制備方法，可直接獲得徑粒分布集中、活化度高、形狀為針狀的碳酸鈣，解決了傳統(tǒng)機(jī)械改性碳酸鈣在捏合時(shí)作用力過大晶須產(chǎn)生斷裂，產(chǎn)品徑粒不集中且包覆效果差的問題，也解決了傳統(tǒng)濕法改性改性劑用量大，包覆不均勻的問題。
[0006]本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:
[0007]本發(fā)明鋁酸酯和硬脂酸鈉原位改性碳酸鈣晶須的制備方法，它的制備工藝如下:在70?80°C、攪拌轉(zhuǎn)速600?900轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，向質(zhì)量濃度為0.5?1.5%的氫氧化鈣漿料中預(yù)先加入氯化鎂溶液，并使混合物中鎂鈣摩爾比為I?2.5，混合攪拌10分鐘，在速率為80?100升/分鐘條件下，通入二氧化碳和氮?dú)怏w積比為1:3的氣體，進(jìn)行碳化反應(yīng)，并加入鋁酸酯和硬脂酸鈉進(jìn)行改性，在反應(yīng)液PH達(dá)到7時(shí)持續(xù)通氣30分鐘后為反應(yīng)終點(diǎn)；將反應(yīng)液進(jìn)行洗滌、抽濾、干燥獲得功能性碳酸鈣晶須；所述鋁酸酯和硬脂酸鈉的加入量分別為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的0.5%?3%和0.5%?1.5%。
[0008]所述鋁酸酯的最佳加入時(shí)間為碳化過程碳酸化率為O %時(shí)加入。
[0009]所述硬脂酸鈉的最佳加入時(shí)間為鋁酸酯加入改性5分鐘后再加入。
[0010]所述鋁酸酯和硬脂酸鈉的最佳添加量分別為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的0.5%和0.
[0011]所述氫氧化鈣漿料為氧化鈣消化后陳化12小時(shí)，并經(jīng)200目篩過濾后的漿料。
[0012]本發(fā)明的制備方法具有如下有益效果:
[0013]1.采用本發(fā)明方法獲得的功能性碳酸鈣晶須呈針狀，碳酸鈣的晶型為文石型，而且獲得的功能性碳酸鈣晶須具有徑粒集中、活化度高、長(zhǎng)徑比大包覆均勻的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]2.將本發(fā)明方法得到的改性碳酸鈣應(yīng)用于造紙?zhí)盍现?，紙張的整體物理性能得到了提尚，留著率大幅提升。
[0015]3.本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，改性劑的使用量小，成本低，且整個(gè)反應(yīng)過程工藝條件適合工業(yè)化生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1實(shí)施例5的碳酸鈣晶須粒徑分布圖。
[0017]圖2實(shí)施例5的碳酸鈣晶須接觸角圖片。
[0018]圖3實(shí)施例5的改性碳酸媽晶須的偏光顯微鏡圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的制備方法做進(jìn)一步詳細(xì)地說明，這些實(shí)施例僅用來說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明的范圍。
[0020]實(shí)施例1
[0021]在80°C、攪拌轉(zhuǎn)速900轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，向消化后陳化12小時(shí)，并經(jīng)200目篩過濾后質(zhì)量濃度為1.5%的氫氧化鈣漿料中預(yù)先加入氯化鎂溶液，并使混合物中鎂鈣摩爾比為2.5，混合攪拌10分鐘，在速率為100升/分鐘條件下，通入二氧化碳和氮?dú)怏w積比為1:3的氣體，進(jìn)行碳化反應(yīng)，在碳酸化率為20%時(shí)同時(shí)加入質(zhì)量為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的3%的鋁酸酯和質(zhì)量為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的I %的硬脂酸鈉進(jìn)行改性，在反應(yīng)液PH達(dá)到7時(shí)持續(xù)通氣30分鐘后為反應(yīng)終點(diǎn)；將反應(yīng)液進(jìn)行洗滌、抽濾、在110°C條件下干燥5小時(shí)獲得功能性碳酸鈣晶須。
[0022]改性碳酸鈣晶須的長(zhǎng)徑比為13.31，活化度為89%，所測(cè)接觸角為145°。當(dāng)用偏光顯微鏡觀察改性碳酸鈣晶須時(shí)，晶須分散性良好，呈明顯的針狀結(jié)構(gòu)。
[0023]實(shí)施例2
[0024]在70°C、攪拌轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，向消化后陳化12小時(shí)，并經(jīng)200目篩過濾后質(zhì)量濃度為1.5%的氫氧化鈣漿料中預(yù)先加入氯化鎂溶液，并使混合物中鎂鈣摩爾比為2.0，混合攪拌10分鐘，在速率為90升/分鐘條件下，通入二氧化碳和氮?dú)怏w積比為1:3的氣體，進(jìn)行碳化反應(yīng)，在碳酸化率為60%時(shí)同時(shí)加入質(zhì)量為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的1%的鋁酸酯和質(zhì)量為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的I %的硬脂酸鈉進(jìn)行改性，在反應(yīng)液PH達(dá)到7時(shí)持續(xù)通氣30分鐘后為反應(yīng)終點(diǎn)；將反應(yīng)液進(jìn)行洗滌、抽濾、在110°C條件下干燥5小時(shí)獲得功能性碳酸鈣晶須。
[0025]改性碳酸鈣晶須的長(zhǎng)徑比為9.5，活化度為83.42%，所測(cè)接觸角為132°。當(dāng)用偏光顯微鏡觀察改性碳酸鈣晶須時(shí)，晶須部分存在團(tuán)聚現(xiàn)象，整體呈明顯的針狀結(jié)構(gòu)。
[0026]實(shí)施例3
[0027]在80°C、攪拌轉(zhuǎn)速750轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，向消化后陳化12小時(shí)，并經(jīng)200目篩過濾后質(zhì)量濃度為0.5%的氫氧化鈣漿料中預(yù)先加入氯化鎂溶液，并使混合物中鎂鈣摩爾比為1.0，混合攪拌10分鐘，在速率為80升/分鐘條件下，通入二氧化碳和氮?dú)怏w積比為1:3的氣體，進(jìn)行碳化反應(yīng)，在碳酸化率為100%時(shí)同時(shí)加入質(zhì)量為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的2%的鋁酸酯和質(zhì)量為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的I %的硬脂酸鈉進(jìn)行改性，在反應(yīng)液PH達(dá)到7時(shí)持續(xù)通氣30分鐘后為反應(yīng)終點(diǎn)；將反應(yīng)液進(jìn)行洗滌、抽濾、在110°C條件下干燥5小時(shí)獲得功能性碳酸鈣晶須。
[0028]改性碳酸鈣晶須的長(zhǎng)徑比為5.55，活化度為81.42%，所測(cè)接觸角為134°。當(dāng)用偏光顯微鏡觀察改性碳酸鈣晶須時(shí)，晶須較為均勻，但長(zhǎng)徑比較小，整體形狀呈紡錘形。
[0029]實(shí)施例4
[0030]在80°C、攪拌轉(zhuǎn)速900轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，向消化后陳化12小時(shí)，并經(jīng)200目篩過濾后質(zhì)量濃度為1.0%的氫氧化鈣漿料中預(yù)先加入氯化鎂溶液，并使混合物中鎂鈣摩爾比為2.0，混合攪拌10分鐘，在速率為100升/分鐘條件下，通入二氧化碳和氮?dú)怏w積比為1:3的氣體，進(jìn)行碳化反應(yīng)，在碳酸化率為0%時(shí)同時(shí)加入質(zhì)量為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的3%的鋁酸酯和質(zhì)量為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的1.5%的硬脂酸鈉進(jìn)行改性，在反應(yīng)液PH達(dá)到7時(shí)持續(xù)通氣30分鐘后為反應(yīng)終點(diǎn)；將反應(yīng)液進(jìn)行洗滌、抽濾、在110°C條件下干燥5小時(shí)獲得功能性碳酸鈣晶須。
[0031]改性碳酸鈣晶須的長(zhǎng)徑比為15.81，活化度為90%，所測(cè)接觸角為145°。當(dāng)用偏光顯微鏡觀察改性碳酸鈣晶須時(shí)，晶須較為均勻，呈現(xiàn)明顯的針狀結(jié)構(gòu)。
[0032]實(shí)施例5
[0033]在80°C、攪拌轉(zhuǎn)速900轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，向消化后陳化12小時(shí)，并經(jīng)200目篩過濾后質(zhì)量濃度為1.5%的氫氧化鈣漿料中預(yù)先加入氯化鎂溶液，并使混合物中鎂鈣摩爾比為2.5，混合攪拌10分鐘，在速率為100升/分鐘條件下，通入二氧化碳和氮?dú)怏w積比為1:3的氣體，進(jìn)行碳化反應(yīng)，在碳酸化率為O %時(shí)加入質(zhì)量為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的0.5%的鋁酸酯，改性5分鐘后再加入質(zhì)量為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的0.5%的硬脂酸鈉進(jìn)行改性，在反應(yīng)液PH達(dá)到7時(shí)持續(xù)通氣30分鐘后為反應(yīng)終點(diǎn)；將反應(yīng)液進(jìn)行洗滌、抽濾、在110°C條件下干燥5小時(shí)獲得功能性碳酸鈣晶須。
[0034]改性碳酸鈣晶須的長(zhǎng)徑比為20，見圖1所示，活化度為99.19%，所測(cè)接觸角為148°，見圖2所示。當(dāng)用偏光顯微鏡觀察改性碳酸鈣晶須時(shí)，晶須分布均勻，呈現(xiàn)明顯的針狀結(jié)構(gòu)，見3所示。
[0035]實(shí)施例6
[0036]在80°C、攪拌轉(zhuǎn)速900轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，直接向消化后質(zhì)量濃度為1.5%的氫氧化鈣漿料中預(yù)先加入氯化鎂溶液，并使混合物中鎂鈣摩爾比為2.5，混合攪拌10分鐘，在速率為100升/分鐘條件下，通入二氧化碳和氮?dú)怏w積比為1:3的氣體，進(jìn)行碳化反應(yīng)，在碳酸化率為20%時(shí)同時(shí)加入質(zhì)量為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的3%的鋁酸酯和質(zhì)量為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的I %的硬脂酸鈉進(jìn)行改性，在反應(yīng)液PH達(dá)到7時(shí)持續(xù)通氣30分鐘后為反應(yīng)終點(diǎn)；將反應(yīng)液進(jìn)行洗滌、抽濾、在110°C條件下干燥5小時(shí)獲得功能性碳酸鈣晶須。
[0037]改性碳酸鈣晶須的長(zhǎng)徑比為6.42，活化度為82%，所測(cè)接觸角為129°。當(dāng)用偏光顯微鏡觀察改性碳酸鈣晶須時(shí)，晶須團(tuán)聚嚴(yán)重，均勻性差，呈短針狀結(jié)構(gòu)。
[0038]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.鋁酸酯和硬脂酸鈉原位改性碳酸鈣晶須的制備方法，其特征在于，它的制備工藝如下:在70?80°C、攪拌轉(zhuǎn)速600?900轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，向質(zhì)量濃度為0.5?1.5%的氫氧化鈣漿料中預(yù)先加入氯化鎂溶液，并使混合物中鎂鈣摩爾比為I?2.5，混合攪拌10分鐘，在速率為80?100升/分鐘條件下，通入二氧化碳和氮?dú)怏w積比為1:3的氣體，進(jìn)行碳化反應(yīng)，并加入鋁酸酯和硬脂酸鈉進(jìn)行改性，在反應(yīng)液PH達(dá)到7時(shí)持續(xù)通氣30分鐘后為反應(yīng)終點(diǎn)；將反應(yīng)液進(jìn)行洗滌、抽濾、干燥獲得功能性碳酸鈣晶須；所述鋁酸酯和硬脂酸鈉的加入量分別為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的0.5%?3%和0.5%?1.5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁酸酯和硬脂酸鈉原位改性碳酸鈣晶須的制備方法，其特征在于，所述鋁酸酯的最佳加入時(shí)間為碳化過程碳酸化率為0%時(shí)加入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋁酸酯和硬脂酸鈉原位改性碳酸鈣晶須的制備方法，其特征在于，所述硬脂酸鈉的最佳加入時(shí)間為鋁酸酯加入改性5分鐘后再加入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁酸酯和硬脂酸鈉原位改性碳酸鈣晶須的制備方法，其特征在于，所述鋁酸酯和硬脂酸鈉的最佳添加量分別為氫氧化鈣漿料質(zhì)量的0.5%和0.5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁酸酯和硬脂酸鈉原位改性碳酸鈣晶須的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鈣漿料為氧化鈣消化后陳化12小時(shí)，并經(jīng)200目篩過濾后的漿料。
【文檔編號(hào)】C09C3/08GK104497638SQ201510006536
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月7日
【發(fā)明者】周敬紅, 趙劍鋒, 林鵬強(qiáng), 王雙飛 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)