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  • 纳米碳酸钙又被称为超微细碳酸钙,其平均粒子直径大约为40nm。工艺实验室制备超细碳酸钙通常采用碳化法、复分解法、微乳法三种途径,工业上则一般采用碳化法。

    1、纳米碳酸钙的制备方法

    (1)复分解法

    复分解法是在一定条件下,将水溶性钙盐(如氯化钙,硫酸钙等)与水溶性碳酸盐(如碳酸铵,碳酸钠等),通过液相到固相的反应过程制得纳米碳酸钙。实验室使用这种方法制取碳酸钙时,可以通过控制反应物浓度、反应温度、生成物的过饱和度以及加入适当的添加剂等操作方法,得到粒径小于0.1μm、比表面积大、具有较好溶解性的无定形碳酸钙产品。

    这种方法制得的纳米碳酸钙纯度比较高,也有具有很好的白度,但在制取不同晶形的产品时需要很高的成本,所以目前国内外很少采用这种方法工业制取纳米碳酸钙。

    (2)碳化法

    ①间歇鼓泡碳化法与复分解法不同,间歇鼓泡碳化法是目前国内外制备纳米碳酸钙广泛采用的方法。其操作步骤是首先将1.04-1.06g/cm3的Ca(OH)2浆液降温到25℃以下,再将浆液打入到碳化塔中,注意保持一定的液位,然后从碳化塔的底部向塔内通入CO2或者CO2和空气的混合气体,控制合理的溶液浓度、反应温度、气液比以及添加剂等条件,可以间歇制得纳米级碳酸钙。

    ②连续喷雾法也是通过碳化法来制取纳米碳酸钙,步骤是将Ca(OH)2浆液通过压力式喷嘴从碳化塔的顶部向下呈雾状喷出,与此同时从塔的底部向上通入CO2或者CO2和空气的混合气体,使喷下的Ca(OH)2浆液与CO2充分接触,发生反应。这种方法明显增加了CO2气体和Ca(OH)2浆液的接触面积,反应过程可以通过控制石灰乳的浓度、液滴直径、流量、反应气液比等条件,在常温下制得直径在0.04-0.08μm的纳米碳酸钙。

    通过连续喷雾法制得的CaCO3粒径分布窄,颗粒形状比较规则,而且容易分散,综合品质要优于间歇鼓泡法,但由于这种方法能耗较大,而且喷嘴容易发生堵塞,造成了高额生产成本,故难以普及。

    (3)微乳法

    微乳法是近年来刚刚发展起来的一种制备纳米微粒的方法。这种方法的操作步骤是分别将可溶性碳酸盐和可溶性钙盐溶解到组成成分完全相同的两份微乳液中,在一定条件下进行混合反应。这样可以在较小区域内控制晶粒的成核与生长,完成后再将晶粒与溶剂分离,就可以得到纳米碳酸钙微粒,其粒径几乎都控制在几纳米到几十纳米之间。

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    2、工业上制备纳米碳酸钙的工艺

    (1)工艺流程

    工艺流程将一定量的生石灰,按水灰比8:1的比例放入80℃的热水中进行消化,完成后就得到了氢氧化钙粗溶液,将其陈化24小时,用200目的筛网过筛,得到精制的氢氧化钙浆料。将精制氢氧化钙浆料放入玻璃反应器,加入适量添加剂,设置合适的碳化温度,调整合适的搅拌速度,经转子流量计通入二氧化碳和氮气的混合气体或者纯净的二氧化碳气体,就开始了碳化反应。当反应体系呈酸性,也就是pH值下降到7以下后,继续碳化15分钟,就得到了纳米碳酸钙溶液。将所得浆料升温至80℃,加入一定量硬脂酸钠保温2小时,过滤、干燥、粉碎后即得纳米碳酸钙固体。

    (2)优化方法

    ①使用高浓度CO2气体作为合成纳米碳酸钙的气源可以大大缩短反应的时间,但是由于系统搅拌不均匀,碳酸钙粒径的分布就很不均匀,出现部分粒径较大颗粒,增大搅拌转速可减缓粒径分布不均匀现象。

    ②随着晶形修饰剂添加量的增加,温度的提高,陈化时间的延长,颗粒规整程度增加,粒径也增大,但当超过极限值时,颗粒尺寸不再改变,陈化温度升高可加快陈化进程,但如果温度过高就会引起碳酸钙发生形状变化,立方形转为片状。陈化温度越高,陈化时间越长,片状转化率越高。

    ③陈化过程中分别用聚羧酸盐、六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠为分散剂,通过其电离出的离子改变颗粒电荷状态和空间位阻,使得体系发生胶溶反应,促进凝胶重新转变为溶胶,降低了体系黏度,增强了颗粒间分散性,有利于二次碳化和后期包覆过程的进行;

    ④在陈化起始阶段加入一定量六偏磷酸钠,工艺简单,便于操作,还能起到降低黏度、增强颗粒分散性的作用,同时也不影响陈化过程中晶形修饰剂对碳酸钙形貌的改善作用;

    ⑤工业试验工艺参数选择遵循等单位体积功率的准则,工业圈内传质效果较小试装置传质效果稍差,但是不同批次之间的工业试验产品性能重复性很好,工艺的稳定性高,合成的纳米碳酸含产品的各项性能指标均能与小试产品的性能指标保持一致。

    3、结语

    采用了高温碳化方法制备纳米碳酸钙,并在碳化过程中采用陈化并添加晶型修饰剂的工艺,可制备出了形貌规整、粒径可控、分散性好的纳米碳酸钙,得到的纳米碳酸钙产品在涂料及密封胶中具有更好的触变性和更高的屈服应力,应用效果良好。

    (摘自:纳米碳酸钙制备新工艺分析,作者:闻新春)

  • 发布:罗经理   点击:5934
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