铝酸酯和硬脂酸钠原位改性碳酸钙晶须的制备方法

摘要

本发明公开了铝酸酯和硬脂酸钠原位改性碳酸钙晶须的制备方法，它的制备工艺是：在70～80℃、搅拌转速600～900转/分钟的条件下，向质量浓度为0.5～1.5％的氢氧化钙浆料中加入氯化镁溶液，并使混合物中镁钙摩尔比为1～2.5，搅拌10分钟，在速率为80～100升/分钟条件下，通入二氧化碳和氮气体积比为1:3的气体，并加入铝酸酯和硬脂酸钠进行改性，在反应液PH达到7时持续通气30分钟后为反应终点；将反应液进行洗涤、抽滤、干燥获得功能性碳酸钙晶须；所述铝酸酯和硬脂酸钠的加入量分别为氢氧化钙浆料质量的0.5％～3％和0.5％～1.5％。本发明方法得到的晶体形状呈针状，晶须径粒分布集中，活化度高，应用于造纸填料能提高纸张性能，保持较高的留着率，制作工艺简单，反应条件温和，易于实现工业化生产。

说明书

技术领域

本发明涉及无机合成技术领域，具体涉及一种采用铝酸酯和硬脂酸钠原位改性碳酸钙晶 须的制备方法。

背景技术

碳酸钙作为造纸主要填料，可以通过填充纸页中的空隙，提高纸页的均度，提供一个更 平滑的表面，增加纸张的不透明度和白度，增加适印性，增加尺寸稳定性并且降低纸的成本。 碳酸钙属于多型晶体，主要有方解石、文石和球霰石型三种，碳酸钙通常以最稳定的方解石 型在大自然中存在。碳酸钙晶须则属于文石型结构，具有独特的针状结构，因而碳酸钙晶须 的加填量得到提高，对产品的强度、韧性贡献较大，在橡胶和造纸工业中可以更大程度减少 原胶和纤维的使用，提高橡胶制品和纸页的综合性能，提高制品的性价比。由于碳酸钙晶须 的粒度小表面能高，在水和浆料的体系中分散不均匀，不能跟纤维很好地结合。碳酸钙直接 加填纤维时分子间力、静电作用、氢键等引起碳酸钙粉体的团聚。如果在纸张中碳酸钙用量 的增大，这些缺点更加明显，导致碳酸钙在纸张中的留着率下降，加填过的纸张出现掉粉、 掉毛等现象。

目前国内很多学者采取多种措施来改性碳酸钙，主要分为干法、湿法和原位改性三大类 表面处理。干法表面处理工艺较简单，只需将碳酸钙粉末放入高速旋转的捏合机内，按一定 比例投入表面处理剂，进行表面机械改性。湿法表面处理则是将改性剂溶解，倒入用量一定 的碳酸钙悬浮液。两种方法各有优缺点：干法表面处理简单易行，操作方便，在捏合机中生 产量大，但产品表面改性剂包覆不均匀，原来的晶须状结构较易被破坏，产品均匀度差，适 用于有机物和偶联剂的表面处理。湿法表面处理改性晶须产品功能性强，能够运用到不同粒 子的改性中，但改性剂用量较大，改性与合成需分步骤进行，过程复杂，成本较大。原位改 性是直接合成改性碳酸钙产品，反应中可控制晶体形貌的同时制备出分散性好的碳酸钙。目 前国内对于原位改性碳酸钙晶须的研究较少，主要研究集中于机械改性和一些轻质碳酸钙改 性的方法与步骤，改性的普通轻质碳酸钙径粒分布不集中，长径比小，难以达到晶须的应用 水平。

因此，如何制备径粒分布集中，分散性好，长径比高的碳酸钙晶须，达到工业化应用水 平是本领域的技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用铝酸酯和硬脂酸钠原位改性碳酸钙晶须的制 备方法，可直接获得径粒分布集中、活化度高、形状为针状的碳酸钙，解决了传统机械改性 碳酸钙在捏合时作用力过大晶须产生断裂，产品径粒不集中且包覆效果差的问题，也解决了 传统湿法改性改性剂用量大，包覆不均匀的问题。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明铝酸酯和硬脂酸钠原位改性碳酸钙晶须的制备方法，它的制备工艺如下：在70～80 ℃、搅拌转速600～900转/分钟的条件下，向质量浓度为0.5～1.5％的氢氧化钙浆料中预先加入 氯化镁溶液，并使混合物中镁钙摩尔比为1～2.5，混合搅拌10分钟，在速率为80～100升/分钟 条件下，通入二氧化碳和氮气体积比为1:3的气体，进行碳化反应，并加入铝酸酯和硬脂酸 钠进行改性，在反应液PH达到7时持续通气30分钟后为反应终点；将反应液进行洗涤、抽滤、 干燥获得功能性碳酸钙晶须；所述铝酸酯和硬脂酸钠的加入量分别为氢氧化钙浆料质量的 0.5％～3％和0.5％～1.5％。

所述铝酸酯的最佳加入时间为碳化过程碳酸化率为0％时加入。

所述硬脂酸钠的最佳加入时间为铝酸酯加入改性5分钟后再加入。

所述铝酸酯和硬脂酸钠的最佳添加量分别为氢氧化钙浆料质量的0.5％和0.5％。

所述氢氧化钙浆料为氧化钙消化后陈化12小时，并经200目筛过滤后的浆料。

本发明的制备方法具有如下有益效果：

1.采用本发明方法获得的功能性碳酸钙晶须呈针状，碳酸钙的晶型为文石型，而且获 得的功能性碳酸钙晶须具有径粒集中、活化度高、长径比大包覆均匀的优点。

2.将本发明方法得到的改性碳酸钙应用于造纸填料中，纸张的整体物理性能得到了提 高，留着率大幅提升。

3.本发明制备工艺简单，改性剂的使用量小，成本低，且整个反应过程工艺条件适合 工业化生产。

附图说明

图1实施例5的碳酸钙晶须粒径分布图。

图2实施例5的碳酸钙晶须接触角图片。

图3实施例5的改性碳酸钙晶须的偏光显微镜图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的制备方法做进一步详细地说明，这些实施例仅用来说明本发 明，并不限制本发明的范围。

实施例1

在80℃、搅拌转速900转/分钟的条件下，向消化后陈化12小时，并经200目筛过滤后 质量浓度为1.5％的氢氧化钙浆料中预先加入氯化镁溶液，并使混合物中镁钙摩尔比为2.5， 混合搅拌10分钟，在速率为100升/分钟条件下，通入二氧化碳和氮气体积比为1:3的气体， 进行碳化反应，在碳酸化率为20％时同时加入质量为氢氧化钙浆料质量的3％的铝酸酯和质 量为氢氧化钙浆料质量的1％的硬脂酸钠进行改性，在反应液PH达到7时持续通气30分钟 后为反应终点；将反应液进行洗涤、抽滤、在110℃条件下干燥5小时获得功能性碳酸钙晶 须。

改性碳酸钙晶须的长径比为13.31，活化度为89％，所测接触角为145°。当用偏光显 微镜观察改性碳酸钙晶须时，晶须分散性良好，呈明显的针状结构。

实施例2

在70℃、搅拌转速600转/分钟的条件下，向消化后陈化12小时，并经200目筛过滤后 质量浓度为1.5％的氢氧化钙浆料中预先加入氯化镁溶液，并使混合物中镁钙摩尔比为2.0， 混合搅拌10分钟，在速率为90升/分钟条件下，通入二氧化碳和氮气体积比为1:3的气体， 进行碳化反应，在碳酸化率为60％时同时加入质量为氢氧化钙浆料质量的1％的铝酸酯和质 量为氢氧化钙浆料质量的1％的硬脂酸钠进行改性，在反应液PH达到7时持续通气30分钟 后为反应终点；将反应液进行洗涤、抽滤、在110℃条件下干燥5小时获得功能性碳酸钙晶 须。

改性碳酸钙晶须的长径比为9.5，活化度为83.42％，所测接触角为132°。当用偏光显 微镜观察改性碳酸钙晶须时，晶须部分存在团聚现象，整体呈明显的针状结构。

实施例3

在80℃、搅拌转速750转/分钟的条件下，向消化后陈化12小时，并经200目筛过滤后 质量浓度为0.5％的氢氧化钙浆料中预先加入氯化镁溶液，并使混合物中镁钙摩尔比为1.0， 混合搅拌10分钟，在速率为80升/分钟条件下，通入二氧化碳和氮气体积比为1:3的气体， 进行碳化反应，在碳酸化率为100％时同时加入质量为氢氧化钙浆料质量的2％的铝酸酯和质 量为氢氧化钙浆料质量的1％的硬脂酸钠进行改性，在反应液PH达到7时持续通气30分钟 后为反应终点；将反应液进行洗涤、抽滤、在110℃条件下干燥5小时获得功能性碳酸钙晶 须。

改性碳酸钙晶须的长径比为5.55，活化度为81.42％，所测接触角为134°。当用偏光显 微镜观察改性碳酸钙晶须时，晶须较为均匀，但长径比较小，整体形状呈纺锤形。

实施例4

在80℃、搅拌转速900转/分钟的条件下，向消化后陈化12小时，并经200目筛过滤后 质量浓度为1.0％的氢氧化钙浆料中预先加入氯化镁溶液，并使混合物中镁钙摩尔比为2.0， 混合搅拌10分钟，在速率为100升/分钟条件下，通入二氧化碳和氮气体积比为1:3的气体， 进行碳化反应，在碳酸化率为0％时同时加入质量为氢氧化钙浆料质量的3％的铝酸酯和质量 为氢氧化钙浆料质量的1.5％的硬脂酸钠进行改性，在反应液PH达到7时持续通气30分钟 后为反应终点；将反应液进行洗涤、抽滤、在110℃条件下干燥5小时获得功能性碳酸钙晶 须。

改性碳酸钙晶须的长径比为15.81，活化度为90％，所测接触角为145°。当用偏光显 微镜观察改性碳酸钙晶须时，晶须较为均匀，呈现明显的针状结构。

实施例5

在80℃、搅拌转速900转/分钟的条件下，向消化后陈化12小时，并经200目筛过滤后 质量浓度为1.5％的氢氧化钙浆料中预先加入氯化镁溶液，并使混合物中镁钙摩尔比为2.5， 混合搅拌10分钟，在速率为100升/分钟条件下，通入二氧化碳和氮气体积比为1:3的气体， 进行碳化反应，在碳酸化率为0％时加入质量为氢氧化钙浆料质量的0.5％的铝酸酯，改性5 分钟后再加入质量为氢氧化钙浆料质量的0.5％的硬脂酸钠进行改性，在反应液PH达到7 时持续通气30分钟后为反应终点；将反应液进行洗涤、抽滤、在110℃条件下干燥5小时 获得功能性碳酸钙晶须。

改性碳酸钙晶须的长径比为20，见图1所示，活化度为99.19％，所测接触角为148°， 见图2所示。当用偏光显微镜观察改性碳酸钙晶须时，晶须分布均匀，呈现明显的针状结构， 见3所示。

实施例6

在80℃、搅拌转速900转/分钟的条件下，直接向消化后质量浓度为1.5％的氢氧化钙浆 料中预先加入氯化镁溶液，并使混合物中镁钙摩尔比为2.5，混合搅拌10分钟，在速率为 100升/分钟条件下，通入二氧化碳和氮气体积比为1:3的气体，进行碳化反应，在碳酸化率 为20％时同时加入质量为氢氧化钙浆料质量的3％的铝酸酯和质量为氢氧化钙浆料质量的1％ 的硬脂酸钠进行改性，在反应液PH达到7时持续通气30分钟后为反应终点；将反应液进 行洗涤、抽滤、在110℃条件下干燥5小时获得功能性碳酸钙晶须。

改性碳酸钙晶须的长径比为6.42，活化度为82％，所测接触角为129°。当用偏光显微 镜观察改性碳酸钙晶须时，晶须团聚严重，均匀性差，呈短针状结构。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经 过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。