一种高活化度活性纳米碳酸钙的制备方法 技术领域
本发明涉及一种高活化度活性纳米碳酸钙的制备方法，具体的说是纳米碳酸钙乳液的活化方法。
背景技术
纳米碳酸钙作为一种重要的无机材料，在许多领域都有广阔的应用前景，最主要的用途是作为填料用于橡胶和塑料工业中。理想状态是制备出在基质中能够以单分散状态存的纳米粒子，但纳米CaCO3粒子本身表面极性很强，是亲水疏油的，与有机高聚物的亲和性差，在有机介质中不容易分散，而且由于粒径较小，比表面积和表面能很大，热力学的非稳定状态使得粒子间的聚集趋势更加显著，导致颗粒团聚现象极为严重，这一缺点大大限制了其应用。为了解决粒子的分散问题，使纳米CaCO3的性能得以持续稳定地发挥，人们开始采用各种改性剂对粒子进行表面改性，即活化：通过包敷一定的有机物的方法使其达到由亲水到亲油的转变，从而减轻团聚，改善与有机物地配伍性能，提高可利用性。一般采用活化度来表征活化效果，具体测试方法详见HG/T2567-94中华人民共和国行业标准(工业活性沉淀碳酸钙)。目前工业上常用的方法是用硬脂酸改性，但由于硬脂酸本身在水溶液中溶解性差，改性效果还有待于提高。可以说，分散性仍是目前纳米碳酸钙行业迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种制备活性纳米碳酸钙的新方法，该方法以硬脂酸钠等脂肪酸盐对碳化法制备得到的纳米碳酸钙乳液进行包覆活化处理，克服了现有技术分散性较差、活化度较低的缺点。
改性剂的选择与改性机理
传统的硬脂酸改性主要是在高于其熔点的温度下加热搅拌，使硬脂酸分子分散到碳酸钙粒子周围，吸附在其表面，此时所发生的还只是物理吸附，只有待高温加热时才会发生如下化学反应：
形成化学吸附，完成整个改性过程。但由于硬脂酸本身是不溶于水的油性物质，它与水相之间的界面张力很大，在水性体系中的分散状况不佳，致使初始步骤物理吸附的效率很低，硬脂酸不能在碳酸钙表面形成很好的包裹层。于是我们利用脂肪酸盐良好的溶解性将其作为硬脂酸的替代物，对表面改性工艺进行改进。
由于脂肪酸盐(RCOONa)极性较大，在水性溶液中溶解性好，易于靠近碳酸钙粒子表面，避免了用硬脂酸处理时油水两相间的界面阻力，大大提高了物理吸附的效率，随后已经分散开来的RCOONa与通入的CO2发生如下反应：
(2)经过这样的转化过程克服了油水两相的传质壁垒，使RCOOH比直接加入更均匀密集地吸附在CaCO3粒子周围，再经烘干作用，在高温下发生反应(1)完成改性。此时靠吸附作用连接在碳酸钙粒子表面的RCOOH已经与碳酸钙形成了紧密的化学键合，相当于增加了一步将脂肪酸盐转换成脂肪酸的过程，大大提高了原料利用率。
本发明的具体方法包括如下步骤：
(1)将碳化法制备得的纳米CaCO3乳液过滤后重新配制成浓度为20-30％
的乳液(以碳酸钙质量计)。
(2)加热至95-100℃，加入活化剂硬脂酸钠、软脂酸钠或其他脂肪酸钠盐等，
其加入量为碳酸钙质量的4-6％。加热的同时需要搅拌并保持温度在95
-100℃范围内。在控温反应过程中通入CO2气体(CO2的浓度为20-40％)
调节反应液pH值至6.0，控制反应时间在30-60分钟。
(3)处理所得产物趁热过滤，95-120℃温度下干燥研磨得活性纳米碳酸钙成
品。散性能好，活化度高。可用作高档塑料、橡胶、油墨中的填充材料。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的具体实施方式进行叙述，但实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1：
将碳化法得到的纳米碳酸钙乳液40升(含碳酸钙质量为2.2公斤)过滤后将其配成浓度为20％的乳液。加热至95-100℃，加入硬脂酸钠0.088公斤与软脂酸钠0.044公斤复配成的活化剂，搅拌并通入CO2气体(CO2的浓度为20％)调节反应液pH值至6.0，恒温包覆60分钟。将浆料趁热过滤，110℃干燥并研磨得活性纳米碳酸钙成品。活化度为98％，吸油值为66g/100g CaCO3，分散性良好，基本达到了纳米粒子的单分散，透射电镜照片见说明书附图。
实施例2：
将碳化法得到的纳米碳酸钙乳液80升(含碳酸钙质量为4.4公斤)过滤后将其配成浓度为25％的乳液。加热至95-100℃，加入硬脂酸钠0.12公斤与软脂酸钠0.06公斤及油酸钠0.06公斤复配成的活化剂，搅拌并通入CO2气体(CO2的浓度为30％)调节反应液pH值至6.0，恒温包覆60分钟。将浆料趁热过滤，110℃干燥并研磨得活性纳米碳酸钙成品。活化度为97.5％，吸油值为62g/100gCaCO3，分散性良好，基本达到了纳米粒子的单分散。
实施例3：
将碳化法得到的纳米碳酸钙乳液80升(含碳酸钙质量为4.4公斤)过滤后将其配成浓度为30％的乳液。加热至95-100℃，加入硬脂酸钠0.22公斤，搅拌并通入CO2气体(CO2的浓度为30％)调节反应液pH值至6.0，恒温包覆40分钟。将浆料趁热过滤，110℃干燥并研磨得活性纳米碳酸钙成品。活化度为97％，吸油值为68g/100g CaCO3，分散性良好，基本达到了纳米粒子的单分散。