專利名稱：一種亞納米級(jí)立方碳酸鈣的水熱合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機(jī)及固體材料化學(xué)的制備，尤其涉及一種亞納米級(jí)立方碳酸鈣的水熱合成方法。
背景技術(shù)：
碳酸鈣是目前用途最廣的無機(jī)化工原料之一，由于價(jià)格低，原料廣，無毒性，被廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、涂料、造紙、日用化工等行業(yè)做填充劑和補(bǔ)強(qiáng)、半補(bǔ)強(qiáng)劑。隨著國際、國內(nèi)對(duì)碳酸鈣產(chǎn)品的不同需求，使碳酸鈣產(chǎn)品不斷向?qū)I(yè)化、精細(xì)化、功能化發(fā)展，拓展了碳酸鈣產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)于高分散的納米級(jí)(＜200nm)碳酸鈣產(chǎn)品用于涂料的填充，由于缺乏明顯的遮蓋力，因此在涂料領(lǐng)域其使用就受到一定的限制。
目前在國際上的研發(fā)技術(shù)大多集中在納米級(jí)碳酸鈣的制備上，而且主要運(yùn)用的還是鼓泡碳化法即將煅燒石灰石產(chǎn)生的窯氣(CO2)通入一定濃度的石灰乳漿料中進(jìn)行固、液、氣的多相碳化反應(yīng)，此反應(yīng)為熱力學(xué)的放熱反應(yīng)過程。其主要反應(yīng)有(1)(2)(3)(4)(5)反應(yīng)(3)是定速步驟。制備反應(yīng)一般是在控制一定的溫度、鼓泡充分、有晶型控制劑以及高質(zhì)量反應(yīng)分散劑條件下進(jìn)行的，也可分段加入晶種來制備。如中國專利(公開號(hào)CN-1169955A)，介紹了一種用于制備超細(xì)沉淀碳酸鈣顆粒的方法，該方法分二步進(jìn)行第一步，用化學(xué)法制得約0.04微米的膠體碳酸鈣；第二步以第一步的產(chǎn)物為晶種，將晶種加入石灰乳中進(jìn)行碳化反應(yīng)，所合成的碳酸鈣是粒徑為0.1～1微米的立方產(chǎn)品。改變上述若干反應(yīng)條件，即可制得諸如紡錘、立方、球狀、鏈狀、針狀、片狀等不同晶型及大小的碳酸鈣產(chǎn)品。
縱觀國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)亞納米級(jí)立方碳酸鈣的研發(fā)報(bào)道并不多見，尤其對(duì)窄粒徑亞納米級(jí)(～300nm)立方沉淀碳酸鈣的研發(fā)報(bào)道更少。因此有必要發(fā)明一種新方法來合成窄粒徑亞納米級(jí)(～300nm)立方沉淀碳酸鈣來填補(bǔ)其空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種亞納米級(jí)立方碳酸鈣的水熱合成方法。它具有方法簡(jiǎn)便、平均粒徑分布窄細(xì)化及反應(yīng)過程較易控制的特點(diǎn)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1.將間歇鼓泡法反應(yīng)制得納米級(jí)碳酸鈣，加入耐壓不銹鋼反應(yīng)釜中，從而最終制得高分散、均勻，平均粒徑為300nm的亞納米級(jí)立方碳酸鈣。
2.反應(yīng)在耐壓不銹鋼反應(yīng)釜密閉容器中進(jìn)行，容器中碳酸鈣固含量占含水總反應(yīng)質(zhì)量比的10～20％。
3.反應(yīng)體系溫度控制在120～180℃，反應(yīng)時(shí)間在36～144小時(shí)，產(chǎn)品平均粒徑在300nm左右。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是本發(fā)明是通過對(duì)納米級(jí)碳酸鈣進(jìn)行后處理的方法，即一種亞納米級(jí)立方碳酸鈣的水熱合成方法，尋找到一條切實(shí)可行的路徑來制備窄粒徑亞納米級(jí)沉淀碳酸鈣，使碳酸鈣產(chǎn)品功能化發(fā)展得到新的拓展。此產(chǎn)品可用于粘結(jié)劑、涂料等的補(bǔ)強(qiáng)劑及聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)薄膜中。


圖1是亞納米級(jí)立方碳酸鈣透射電子顯微鏡(TEM)照片；圖2是亞納米級(jí)立方碳酸鈣紅外光譜(FT-IR)圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1第一步取含10～30wt％石灰乳500mL，在1000～2000轉(zhuǎn)/分的強(qiáng)烈攪拌下，加入經(jīng)過易溶性處理的復(fù)合鰲合劑乙二胺四乙酸二鈉鹽∶碳酸氫鈉或二乙三胺戊乙酸∶碳酸氫鈉的其中兩至三種配比的鰲合劑，復(fù)合鰲合劑用量是以碳酸鈣理論生成量為基準(zhǔn)量的0.01～10wt％。復(fù)合鰲合劑加入完畢后，進(jìn)一步攪拌3～40min。然后在20℃下通入CO2，CO2總流量控制在1～5L/min·Kg Ca(OH)2。當(dāng)反應(yīng)溫度上升后，溫度可控制在40～60℃的某個(gè)點(diǎn)進(jìn)行恒溫反應(yīng)。碳化率在50～80％時(shí)，加入有機(jī)分散劑直至反應(yīng)完全。用電導(dǎo)儀跟蹤反應(yīng)全過程。當(dāng)最終電導(dǎo)率數(shù)據(jù)微微上升時(shí)，碳化反應(yīng)結(jié)束，制得納米級(jí)碳酸鈣(申請(qǐng)人已于03年3月26日申請(qǐng)專利，申請(qǐng)?zhí)枮?3116046.8)。第二步將第一步反應(yīng)產(chǎn)物加入耐壓不銹鋼反應(yīng)釜中，以使碳酸鈣在密閉容器中的固含量占含水總反應(yīng)質(zhì)量的10％(w/w)，其反應(yīng)體系溫度控制在150℃，反應(yīng)時(shí)間在72小時(shí)，所得產(chǎn)物經(jīng)過濾、干燥后，獲得最終產(chǎn)品。對(duì)產(chǎn)品經(jīng)TEM(透射電子顯微鏡)(圖1)的檢測(cè)表明，產(chǎn)品的晶形為立方體且平均粒徑在300nm左右；而從FT-IR(圖2)的檢測(cè)表明，在紅外圖譜的1460cm-1處有一窄細(xì)尖峰，說明產(chǎn)品平均粒子的窄細(xì)化。
實(shí)施例2用和實(shí)施例1相同的操作，不同之處在于將耐壓不銹鋼反應(yīng)釜中密閉容器中固含量占含水總反應(yīng)質(zhì)量的10％增加到15％(w/w)。然后對(duì)產(chǎn)品的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，表明其產(chǎn)品與實(shí)施例1最終產(chǎn)品相一致。
實(shí)施例3用和實(shí)施例1相同的操作，不同之處在于將耐壓不銹鋼反應(yīng)釜中密閉容器中固含量占含水總反應(yīng)質(zhì)量的15％增加到20％(w/w)。然后對(duì)產(chǎn)品的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，也表明其產(chǎn)品與實(shí)施例1最終產(chǎn)品相一致。
權(quán)利要求
1.一種亞納米級(jí)立方碳酸鈣的水熱合成方法，其特征在于將間歇鼓泡法反應(yīng)制得納米級(jí)碳酸鈣，加入耐壓不銹鋼反應(yīng)釜中，從而最終制得高分散、均勻，平均粒徑為300nm的亞納米級(jí)立方碳酸鈣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞納米級(jí)立方碳酸鈣的水熱合成方法，其特征在于反應(yīng)在耐壓不銹鋼反應(yīng)釜密閉容器中進(jìn)行，容器中碳酸鈣固含量占含水總反應(yīng)質(zhì)量比的10～20％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的亞納米級(jí)立方碳酸鈣的水熱合成方法，其特征在于反應(yīng)體系溫度控制在120～180℃，反應(yīng)時(shí)間在36～144小時(shí)，產(chǎn)品平均粒徑在300nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種亞納米級(jí)立方碳酸鈣的水熱合成方法，將間歇鼓泡法反應(yīng)制得的納米級(jí)碳酸鈣，加入耐壓不銹鋼反應(yīng)釜中，密閉容器中碳酸鈣固含量占含水總反應(yīng)質(zhì)量的10～20％(w/w)，控制反應(yīng)溫度在120～180℃，反應(yīng)時(shí)間36～144小時(shí)，冷卻、過濾、干燥，從而最終制得高分散、均勻，平均粒徑為300nm的亞納米級(jí)立方碳酸鈣。本發(fā)明是通過對(duì)納米級(jí)碳酸鈣進(jìn)行后處理的方法，即一種亞納米級(jí)碳酸鈣的水熱合成方法，尋找到一條切實(shí)可行的路徑來制備窄粒徑亞納米級(jí)立方沉淀碳酸鈣，使碳酸鈣產(chǎn)品功能化發(fā)展得到新的拓展。此產(chǎn)品可用于粘結(jié)劑、涂料等的補(bǔ)強(qiáng)劑及聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)薄膜中。
文檔編號(hào)C01F11/18GK1559908SQ20041001694
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月12日
發(fā)明者方衛(wèi)民 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)