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耐酸碳酸钙的制备方法有哪些?

作者:重质碳酸钙粉体厂家   发布时间:2025/1/18   点击量:1021
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众所周知,碳酸钙的一大缺陷就是其不耐酸性,即在酸性介质下易于分解,从而限制了其在酸法造纸、外墙涂料等方面的应用。为此,国内外进行了大量研究以开发耐酸碳酸钙产品。

目前,耐酸碳酸钙的制备方法大体可分「磷酸盐类处理、铝盐或铝酸盐类处理以及硅酸盐或钡盐处理」三大类。

1、磷酸盐处理制备耐酸碳酸钙

对碳酸钙进行耐酸性处理先是用磷酸盐类来处理。等用酸性气体(如加热磷酸所得酸气)对超细碳酸钙颗粒处理,获得的碳酸钙不但粒度均匀,且具有耐酸性。

美国有专利公开了一种在弱酸性环境下抗分解的酸稳定碳酸钙。该碳酸钙包括钙螯合剂或共轭碱和一种弱酸的混合物,譬如在碳酸钙表面涂敷上钙螯合剂或共轭碱和弱酸,并使该体系处于平衡态。优选以六偏磷酸钠为钙螯合剂或共轭碱,以磷酸作为弱酸进行处理。该耐酸碳酸钙用作造纸填料时,不仅价廉,而且可以改善纸张的光学性质,特别是改善颜料散布效率、不透明性和亮度。该产品还可用作涂料生产的原料。

此后,又提出了六偏磷酸钠或一些有机酸钠盐,以及有机弱酸等处理碳酸钙的专利。例如,在初始pH8.01的固体质量分数为20%的细磨重质碳酸钙浆料中,加入以碳酸钙干基计约1%6%的六偏磷酸钠,混合均匀后,再加入以碳酸钙干基计约1%7%的聚丙烯酸或聚顺丁烯二酸处理。结果表明,用1%六偏磷酸钠和7%聚顺丁烯二酸处理所得碳酸钙浆料,在陈化24h后,其pH5.84,可见具有良好的耐酸性。

2、铝酸盐或铝盐处理制备耐酸碳酸钙

在纸张生产中已采用铝酸钠,主要用于替代明矾,或和明矾一起用来固定胶料。碳酸钙用铝盐(包括硫酸铝、硫酸铵铝、硫酸钾铝、硫酸铵铬、羟基氯化铝、聚合氯化铝及其水化物或混合物)处理,并充分搅拌混合,制得的碳酸钙产品可在中性或酸性纸制造中用作填料。

例如,在质量分数为19.7%的轻质碳酸钙水浆中,加入以碳酸钙干基计约2%(质量分数)的硫酸铝,混合5minpH6.71,陈化24h后,其pH6.75。可见,所得产品在弱酸性介质中是稳定的。而且,在加阳离子盐硫酸铝的同时,加入阴离子盐即六偏磷酸钠,可以进一步改善碳酸钙产品的耐酸性。

质量分数为18%20%的轻质碳酸钙浆料用铝酸钠处理,具有耐酸性后,脱水浓缩至质量分数为44%,然后以铝酸钠处理过的低固体含量的碳酸钙浆料稀释至质量分数为35%,再用酸调整pH6.57.0。这样可以获得高固体含量的耐酸碳酸钙悬浮体,并可作为造纸填料的终产品出售。

3、硅酸盐处理制备耐酸碳酸钙

有研究人员以硅酸盐为硅源,采用不同的工艺在超细碳酸钙表面包覆一层硅膜,制备出一种具有核-壳结构的纳米碳酸钙与SiO2复合粒子,在改善纳米碳酸钙本身的性能(如热性能、表面性能)的同时,提高性价比,拓宽了纳米碳酸钙的应用空间,且表层SiO2的存在还可增加纳米碳酸钙表面有机化改性的活性反应点。

日本有专利提出建议,用复合粒子来改变颜料的性能,即用无机酸来使碳酸钙表面改性,以及在生成碳酸钙的反应过程中加入硅酸或硅酸盐,使其覆盖在碳酸钙表面;用物理技术将碳酸钙和硅酸复合到一起,它具有防止油墨渗透的性能,适合做纸张的填充剂;将超细碳酸钙微粒分散到碱性硅酸盐中,在特定条件下加入矿物酸,使超细碳酸钙微粒与硅酸均匀地混为一体。

用碳化法制备了硅-钙碳酸化合物复合粒子,即在制备碳酸钙的碳化反应过程中,搅拌石灰乳浆液,通入CO2和空气的混合气体,在碳酸钙晶核形成之后,碳化率达到95%之前,加入硅胶或硅类化合物,随后继续通入CO2与空气的混合气体,反应至溶液的pH达到7。该复合粒子在保持CaCO3特性的同时,具备了二氧化硅的优点,如耐酸性强、比表面积大、吸气性能好、粒径细微分布均匀、渗透及吸附性能强、吸油值高等,可以用在酸法造纸的填料或表层涂敷剂、农药的载体、橡胶的补强剂等方面。

我国制备具有核-壳结构的纳米碳酸钙与SiO2复合粒子多采用溶胶-凝胶法,用X射线光电子能谱分析仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)或红外光谱仪(IR)进行成分分析均可发现Si以化学键的形式结合于CaCO3表面,形成了Si-O-Ca键。

但是具体工艺各有不同,这主要包括浆液浓度、分散方式或分散剂的种类、预热温度、包覆时的SiO2CaCO3质量比、酸化剂的选择、pH调节范围、陈化时间等参数的改变。

这种具有核-壳结构的纳米碳酸钙与SiO2复合粒子的耐酸性得到提高,在pH5.7的酸性环境中具有较好的稳定性,用于弱酸性的阳极电泳漆时,可以提高电泳漆膜的硬度、电泳槽液的泳透力和稳定性;另外,该复合粒子应用于紫外光固化粉末涂料时,对于涂料的硬度、附着力、耐冲击性及耐老化性能都有不同程度的提高。

4、其它盐类处理制备耐酸碳酸钙

提出用钡盐处理耐酸碳酸钙,即:搅拌质量分数为5%60%、粘度0.2Pa·s的重质碳酸钙浆料,加入质量分数小于等于20%的氯化钡水溶液,再逐步加入硫酸钠水溶液,以此在碳酸钙表面形成耐酸性硫酸钡覆盖层。

另外,郭奋等提出,在分散的碳酸钙浆液中加入Na2SiO3ZnCl2溶液,二者由于酸碱性不同,相互促进水解,形成了H4SiO4ZnOH2。缩合后就在碳酸钙的表面形成了耐酸性很好的致密SiO2ZnCl2复合膜。

同样指出,在用水玻璃和ZnCl2溶液共同处理碳酸钙浆液过程中,晶格中的钙离子被离子半径相近的锌离子取代,产生协合作用,从而使其耐酸性得以显著改善。

碳酸钙以其资源丰富、低廉易得、无毒无害、加工简便等显著优点,在无机粉体填料的应用中占有举足轻重的位置。近年来,随着橡胶、塑料制品、造纸、涂料、油墨等工业的迅速发展,现有碳酸钙产品结构已不能适应市场需求的变化,要求必须提高这些行业生产所用的碳酸钙的品位和档次。对碳酸钙进行耐酸性处理,可使其耐酸性得到提高,进而弥补了碳酸钙的一些不足,使碳酸钙能满足市场的需求,具有了更广阔的应用前景。


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