专利名称：一种制备碳酸钙晶须的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备碳酸钙晶须的方法，特别涉及一种制备较高长径比的碳酸钙晶须的方法。
背景技术：
晶须是由高纯度单晶生长而成的短纤维，其机械强度等于邻接原子间力，晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率，而且还具有电、光、磁、介电、导电、 超导电性质。而碳酸钙晶须是继纳米碳酸钙之后的又一种新型无机填充，无毒、无气味，呈白色篷松状固体，在显微镜下呈现为针状单晶体，碳酸钙晶须作为新一代填充材料该产品具有综合性能高的机械强度、综合性能好、摩擦系数高、耐磨性能、耐热性能高以及摩擦性能稳定等特点，应用广泛。中国专利200510115404. 6，该发明利用水热法制备碳酸钙晶须，将加入稀土的尿素和氯化钙水溶液，与水溶性的高分子聚合物反应，形成无机_高分子聚物均相体系，该方法对压力和温度要求较高，相应的制备成本也会上涨，制备的碳酸钙晶须长径比不高。中国专利200710129524. 0，该发明的方法是在IOOmL浓度为0. 001 0. 05mol .Γ1 的氯化钙水溶液中，加入聚乙烯醇氯化钙的质量比为1 8 12，浓度为的聚乙烯醇水溶液，在加热条件和搅拌条件下缓慢加入与氯化钙水溶液等体积等浓度的可溶性碳酸盐的水溶液，使体系中生成白色沉淀，经固液分离水洗涤沉淀物，再进行干燥处理，得到碳酸钙晶须。但是利用可溶性碳酸盐碳酸钠和氯化钙制备碳酸钙晶须最大的弱点就是反应物的浓度不能太高，而该发明并没有很好的解决这个问题，导致制备的碳酸钙晶须长径比跟现有技术相比，没有很大的提高。中国专利200410022834. 9，该发明的制造方法是以生石灰或消石灰为原料，采用镁盐作为晶型控制剂通过二氧化碳碳酸化法制造文石型的碳酸钙晶须，该法通过二氧化碳碳酸化法来制备晶须，酸性环境下所制备的碳酸钙晶须长径比很有限，难以在现有技术中， 得到很大的突破。也就是说，现有技术因为成本高、制备条件复杂、反应物浓度不能太高以及反应的环境酸性等制约因素，从而难以制备出理想的高长径比碳酸钙晶须，无法满足工业上严谨度更高的需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种制备碳酸钙晶须的方法，所述制备碳酸钙晶须的方法包含如下步骤1)配置浓度0. 12 0. 18mol .L—1的碳酸钠溶液，配置浓度为0. 22 0. 25mol .L—1 的氯化钙溶液；2)将所述的碳酸钠溶液加热并保持在81 84°C的温度范围内，往碳酸钠溶液中加入等体积的氯化钙溶液，搅拌配成混合溶液A，搅拌速度控制为80 120r/min，反应直至混合溶液的PH值低于8. 2 ；3)往混合溶液A通入二氧化碳气体，并加入氢氧化钠颗粒，搅拌配成混合溶液B， 温度继续保持为81 84°C，搅拌速度控制为120 180r/min，搅拌并使混合溶液B的pH 值保持为8. 2 8. 5内，反应的时间控制为20 IOOmin ；4)陈化2. 0 汕后，经过固液分离以及干燥等处理，得到碳酸钙晶须。在81 84°C的温度范围内，往浓度为0. 12 0. 18mol · L—1碳酸钠溶液中加入等体积浓度为0. 22 0. 25mol · L—1的氯化钙溶液，氯化钙溶液的浓度略大于碳酸钠的浓度， 将有利于碳酸钙晶须的生成，本发明所述的略大于是指氯化钙溶液的浓度比碳酸钙的浓度大0. 04 0. 13mol · L—1 ；搅拌速度控制为80 120r/min，反应直至混合溶液的pH值低于 8. 2 ；然后往混合溶液A通入二氧化碳气体，并加入少量的氢氧化钠，搅拌配成混合溶液B， 搅拌并使混合溶液B的pH值保持为8. 2 8. 5内，弱碱性的环境有利于获取较高长径比的碳酸钙晶须，所述的混合溶液PH值保持在8. 2 8. 5内，制备所得的碳酸晶须长径比较之其他pH值范围下制备的碳酸晶须要高。利用可溶性碳酸盐和氯化钙制备碳酸钙晶须最大的弱点就是反应物的浓度不能太高，否则将严重影响碳酸钙晶须的长径比，而浓度过低也将影响仅需产生的量，本发明混合溶液的PH值低于8. 2时，通入二氧化碳气体，并加入氢氧化钠颗粒，以120 180r/min 的速度进行搅拌，二氧化碳和氢氧化钠将反应生成碳酸钠和水，实时补充碳酸根离子，搅拌并使混合溶液B的pH值保持为8. 2 8. 5内，反应的时间控制为20 lOOmin，确保制取碳酸钙晶须所需的时间，本发明制备方法简单，成本低，制备的碳酸钠晶须长径比比较高。本发明所述的陈化过程是指沉淀完全后，让初生成的碳酸钙晶须与反应的溶液一起放置一段时间，本发明所述的陈化时间控制为2 池；本发明所述的长径比为长度与直径的比值。为了进一步实现所述的制备碳酸钙晶须的方法，所述步骤1)的碳酸钠溶液的浓度为0. 14mol · L—1，氯化钙溶液的浓度为0. 23mol · L—1，所述氯化钙溶液的浓度和碳酸钙的浓度以23 14的比例又或是比例上下波动较小的范围内，所述较小的范围是指23 11 17，这些范围内都非常有利于碳酸钙晶须的生成。为了进一步实现所述的制备碳酸钙晶须的方法，所述步骤2、的搅拌速度控制为 90r/min，搅拌速度控制在90r/min既可以加强碳酸根离子和钙离子的接触，也不会因为搅拌的速度过快而影响碳酸钙晶须的长径比或是其他参数。为了进一步实现所述的制备碳酸钙晶须的方法所述步，骤4)的陈化时间控制为 2. 4h，陈化时间的控制跟之前碳酸钙晶须的制备过程有关系，不同的制备方法所需的陈化时间也不一样，并非陈化时间越长就越好，本发明使用2. 4h来陈化即可达到很好的效果。为了进一步实现所述的制备碳酸钙晶须的方法，所述的步骤幻搅拌速度控制为 120 150r/min，反应的时间控制为20 50min，所述步骤3)的搅拌速度比步骤2)的搅拌速度稍微快一点，具体为每分钟快30 60转，这样做是为了配合二氧化碳和氢氧化钠的反应，稍微加快其接触，促进碳酸晶须的制备和提高其长径比。为了进一步实现所述的制备碳酸钙晶须的方法，所述的步骤幻搅拌速度控制为 130r/min，反应的时间控制为35min，进一步规范步骤3)的搅拌速度和反应时间，制备的碳酸钙晶须长径比较高而且很均勻，产品具有很好的光滑性。
本发明配置一定浓度的碳酸钠溶液和氯化钙溶液，所述的氯化钙溶液的浓度略大于碳酸钠的浓度，将所述的碳酸钠溶液加热并保持在81 84°C的温度范围内，往碳酸钠溶液中加入等体积的氯化钙溶液，搅拌配成混合溶液A，搅拌速度控制为80 120r/min，反应直至混合溶液的PH值低于8. 2后，往混合溶液A通入二氧化碳气体，并加入少量的氢氧化钠，搅拌配成混合溶液B，温度继续保持为81 84°C，搅拌速度控制为120 180r/min，并保持混合溶液B的pH值控制为8. 2 8. 5，反应的时间控制为20 IOOmin ；本发明制备方法简单，无需过多复杂的操作，成本低，避免了反应物浓度过高以及反应的环境酸性制约碳酸钙晶须的制备等问题，制备的碳酸钙晶须长径比高，产品的光滑性好，纯度高。
无图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步的说明。实施例1 本例提供一种制备碳酸钙晶须的方法，该方法包含如下步骤1)配置浓度为0. 12mol · Γ1的碳酸钠溶液1L，配置浓度为0. 22mol · Γ1的氯化钙溶液IL ；2)将所述的碳酸钠溶液加热并保持在81 84°C的温度范围内，往碳酸钠溶液中加入等体积的氯化钙溶液，搅拌配成混合溶液A，搅拌速度控制为80r/min，反应直至混合溶液的PH值低于8.2 ；3)往混合溶液A通入二氧化碳气体，并加入氢氧化钠颗粒，搅拌配成混合溶液B， 温度继续保持为81 84°C，搅拌速度控制为120r/min，搅拌并使混合溶液B的pH值保持为8. 2 8. 5内，反应的时间控制为20min ；4)陈化2 汕后，经过固液分离以及干燥等处理，得到碳酸钙晶须。本例所制备的碳酸钙晶须长20 65 μ m，直径为0. 5 2. 5 μ m，长径比为25 50， 而其他方法所制备的碳酸钙晶须普遍的长径比为10 30，也就是说，碳酸钙晶须的长径比达到30已经算是较高的了，长径比为40则是比较难突破的一个程度。而本例所制备的碳酸钙晶须长可达50，因此本发明制备的碳酸钙晶须在长径比上有了很大的突破，产品质量高，本例所制备的碳酸钙晶须与其他方法所制备的碳酸晶须长径比的差别如下表所示
制备方法水热法氯化钙、碳酸钙和聚乙烯醇二氧化碳碳酸化法本例长径比(μιη)10 2020 3015 4025 50实施例2 本例提供一种制备碳酸钙晶须的方法，该方法包含如下步骤1)配置浓度为0. ISmol · L—1的碳酸钠溶液1L，配置浓度为0. 25mol · L—1的氯化钙
5溶液IL ；2)将所述的碳酸钠溶液加热并保持在81 84°C的温度范围内，往碳酸钠溶液中加入等体积的氯化钙溶液，搅拌配成混合溶液A，搅拌速度控制为120r/min，反应直至混合溶液的PH值低于8.2 ；3)往混合溶液A通入二氧化碳气体，并加入氢氧化钠颗粒，搅拌配成混合溶液B， 温度继续保持为81 84°C，搅拌速度控制为180r/min，搅拌并使混合溶液B的pH值保持为8. 2 8. 5内，反应的时间控制为IOOmin ；4)陈化2 3h后，经过固液分离以及干燥等处理，得到碳酸钙晶须。本例所制备的碳酸钙晶须长25 65 μ m，直径为0. 5 2. 5 μ m，长径比为28 50， 而其他方法所制备的碳酸钙晶须普遍的长径比为10 30，且长径比为40是比较难突破的一个程度，也就是说，本例制备的碳酸钙晶须在长径比上有了很大的突破，产品质量高。而本例所制备的碳酸钙晶须长可达50，因此本发明制备的碳酸钙晶须在长径比上有了很大的突破，产品质量高，本例所制备的碳酸钙晶须与其他方法所制备的碳酸晶须长径比的差别如下表所示
权利要求
1.一种制备碳酸钙晶须的方法，其特征在于，包含如下步骤1)配置浓度为0.12 0. 18mol · L-1的碳酸钠溶液，配置浓度为0. 22 0. 25mol · L-1 的氯化钙溶液；2)将所述的碳酸钠溶液加热并保持在81 84°C的温度范围内，往碳酸钠溶液中加入等体积的氯化钙溶液，搅拌配成混合溶液A，搅拌速度控制为80 120r/min，反应直至混合溶液的PH值低于8.2 ；3)往混合溶液A通入二氧化碳气体，并加入的氢氧化钠颗粒，搅拌配成混合溶液B，温度继续保持为81 84°C，搅拌速度控制为120 180r/min，搅拌并使混合溶液B的pH值保持为8. 2 8. 5内，反应的时间控制为20 IOOmin ；4)陈化2 池后，经过固液分离以及干燥处理，得到碳酸钙晶须。
2.根据权利要求1所述的制备碳酸钙晶须的方法，其特征在于，所述步骤1)的碳酸钠溶液的浓度为0. 14mol · L—1，氯化钙溶液的浓度为0. 23mol · L—1。
3.根据权利要求1所述的制备碳酸钙晶须的方法，其特征在于，所述步骤幻的搅拌速度控制为90r/min。
4.根据权利要求1所述的制备碳酸钙晶须的方法，其特征在于，所述步骤4)的陈化时间控制为2. 4h。
5.根据权利要求1 4任意一条所述的制备碳酸钙晶须的方法，其特征在于，所述的步骤3)搅拌速度控制为120 150r/min，反应的时间控制为20 50min。
6.根据权利要求5所述的制备碳酸钙晶须的方法，其特征在于，所述的步骤；3)搅拌速度控制为130r/min，反应的时间控制为35min。
全文摘要
本发明涉及一种制备碳酸钙晶须的方法，配置一定浓度的碳酸钠溶液和氯化钙溶液，所述的氯化钙溶液的浓度略大于碳酸钠溶液的浓度，将所述的碳酸钠溶液加热并保持在81～84℃的温度范围内，往碳酸钠溶液中加入等体积的氯化钙溶液，搅拌配成混合溶液A，搅拌速度控制为80～120r/min，反应直至混合溶液的pH值低于8.2后，往混合溶液A通入二氧化碳气体，并加入氢氧化钠颗粒，搅拌配成混合溶液B，温度继续保持为81～84℃，搅拌速度控制为120～180r/min，搅拌并使混合溶液B的pH值保持为8.2～8.5内，反应的时间控制为20～100min；本发明制备方法简单，无需过多复杂的操作，成本低，避免了反应物浓度过高以及反应的环境酸性制约碳酸钙晶须的制备等问题，制备的碳酸钙晶须长径比高，产品的光滑性好、纯度高。
文档编号C30B29/10GK102212869SQ201110098679
公开日2011年10月12日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者刘伟生, 张国林 申请人:兰州大学