一种使用聚脒型导向剂制备圆盘状纳米碳酸钙的方法技术

本发明专利技术涉及一种使用聚脒型导向剂制备圆盘状纳米碳酸钙的方法，该方法是指将浓度为0.05~5%的聚脒水溶液与浓度为6~12%的Ca(OH)2水溶液混合后，通入CO2气体，于5~30℃进行反应，反应过程中监测体系pH，达到6.8~7.2后继续通入CO2气体10~30 min，停止反应；反应结束后，将体系过滤、洗涤后进行烘干，即得圆盘状纳米碳酸钙。本发明专利技术可实现大规模高效生产，所得的圆盘状纳米碳酸钙具有晶粒形貌均一、尺寸分布窄等特点，可以作为高质量纸张、涂覆材料的添加剂，能提高表面平滑与光泽度。能提高表面平滑与光泽度。能提高表面平滑与光泽度。

【技术实现步骤摘要】
一种使用聚脒型导向剂制备圆盘状纳米碳酸钙的方法


[0001]本专利技术涉及无机材料合成领域，尤其涉及一种使用聚脒型导向剂制备圆盘状纳米碳酸钙的方法。

技术介绍

[0002]超细碳酸钙作为一种功能性无机材料，在造纸、油漆、橡胶、电缆、涂料、食品、服装等领域具有广泛应用。在全球碳中和的大背景下，将廉价易得的石灰石进行消化、熟化处理，继而与丰富、可再生的二氧化碳结合生成纳米碳酸钙，可在一定程度上实现由二氧化碳分子到高端功能材料的精细化利用。然而，碳酸钙粉体的应用性能与价格，极大程度取决于碳酸钙的粒径、形貌与分散性等。作为碳酸钙工业中的佼佼者，具有均匀粒径分布、统一形貌的纳米碳酸钙，将带动整个碳酸钙行业在化学工业中的专业化应用。在其生产工艺中，碳化步骤是影响晶体形貌与粒径的重要工序。因此，需要寻找合适的碳化工艺条件，规模化合成特定形貌的纳米碳酸钙，具有重要意义。
[0003]目前，利用CO2与氢氧化钙水溶液合成纳米碳酸钙的体系被广泛报道，碳化工艺主要集中于低温间歇鼓泡碳化、常温连续喷雾碳化、低温搅拌反应釜碳化、超重力反应结晶等技术。其中，晶型导向剂对于控制晶粒的生长至关重要。如硫酸盐、多聚磷酸钠等诱导生成立方体纳米碳酸钙，粒径分布为5~100 nm；水杨酸钠与硝酸铵二元复合物为晶型控制剂生产晶须状纳米碳酸钙（中国专利CN104975339A）；聚乙二醇诱导生产纺锤形纳米碳酸钙（中国专利CN111268712A）等。
[0004]片状/盘状纳米碳酸钙具有表面涂覆力强、印刷性能好、平滑度与光泽度高等特性，已经被国外研究者用于高端纸张、涂布颜料生产等。相对来讲，国内关于片状纳米碳酸钙的制备刚刚起步，亟需新的调控手段，实现片状/盘状碳酸钙的高效生产。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可大规模高效生产的使用聚脒型导向剂制备圆盘状纳米碳酸钙的方法。
[0006]为解决上述问题，本专利技术所述的一种使用聚脒型导向剂制备圆盘状纳米碳酸钙的方法，其特征在于：该方法是指将浓度为0.05~5%的聚脒水溶液与浓度为6~12%的Ca(OH)2水溶液混合后，通入CO2气体，于5~30 ℃进行反应，反应过程中监测体系pH，达到6.8~7.2后继续通入CO2气体10~30 min，停止反应；反应结束后，将体系过滤、洗涤后进行烘干，即得圆盘状纳米碳酸钙。
[0007]所述聚脒水溶液中的聚脒粉末含有五元环型脒基单元，表面带有正电荷，其结构通式为：
，式中：R1、R2为H、C1~C8的烷烃或芳基中的一种，且R1、R2至少有一个为芳基；n=40~110；x= Cl
‑
、Br
‑
或HSO4‑
中的一种。
[0008]所述聚脒水溶液与所述Ca(OH)2水溶液的体积比为0.05~10%。
[0009]所述CO2流速控制为每克氢氧化钙0.8~2.5 L/h。
[0010]所述CO2浓度大于28%。
[0011]所述烘干温度为45~105 ℃，时间为8~20 h。
[0012]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术以含五元环状结构单元特征的聚脒为结构导向剂，利用聚脒表面电荷及其对CO2的亲和力，以氢氧化钙水溶液与CO2为原料，成功制备了圆盘状纳米碳酸钙。
[0013]2、本专利技术合成条件温和，对设备与控制手段无高要求，有利于圆盘状纳米碳酸钙的大规模高效生产。
[0014]3、本专利技术所得的圆盘状纳米碳酸钙具有晶粒形貌均一、尺寸分布窄（如图2所示）等特点，可以作为高质量纸张、涂覆材料的添加剂，能提高表面平滑与光泽度。
附图说明
[0015]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0016]图1为本专利技术实施例1中环状聚脒的红外光谱表征。图2为本专利技术实施例1制备的圆盘状纳米碳酸钙的透射电镜图。
具体实施方式
[0017]一种使用聚脒型导向剂制备圆盘状纳米碳酸钙的方法，该方法是指将浓度为0.05~5%的聚脒水溶液与浓度为6~12%的Ca(OH)2水溶液混合，聚脒水溶液与Ca(OH)2水溶液的体积比为0.05~10%。混合后，按每克氢氧化钙0.8~2.5 L/h的流速通入浓度大于28%的CO2气体，于5~30 ℃进行反应，反应过程中监测体系pH，达到6.8~7.2后继续通入CO2气体10~30 min，停止反应；反应结束后，将体系过滤、洗涤后于45~105 ℃烘干8~20 h，即得圆盘状纳米碳酸钙。
[0018]优选地：聚脒水溶液的浓度为0.25~4%；CO2流速为每克氢氧化钙1~1.8 L/h；CO2的浓度为95%以上；合成温度为10~20 ℃。
[0019]其中：聚脒水溶液中的聚脒粉末含有五元环型脒基单元，表面带有正电荷，其结构通式为：，式中：R1、R2为H、C1~C8的烷烃或芳基中的一种，且R1、R2至少有一个为芳基；n=40~
110；x= Cl
‑
、Br
‑
或HSO4‑
中的一种。
[0020]本专利技术采用的聚脒型导向剂可以采用本领域公知的策略和方法（Polymer Science, 2015, 57, 61
‑
70）来合成。
[0021]本专利技术采用市售氢氧化钙、二氧化碳及去离子水进行制备。
[0022]实施例1合成R1、R2分别为氢、C6H5、X为Cl
‑
的聚脒：称取N
‑
乙烯基甲酰胺8.8 g，2
‑
苯基丙烯腈16.0 g于20 ml H2O中，N2保护下加入15 ml引发剂2
‑2’‑
偶氮乙脒基丙烷二氢氯化物（浓度为1 g/L），升温至45 ℃并保持4 h。之后加入30 ml 0.5 g/ml的盐酸水溶液并进一步升温至106 ℃，保持4 h。反应结束后加入丙酮得到析出的白色沉淀，沉淀、抽滤、洗涤、烘干即为目标聚脒。
[0023]对该目标聚脒进行红外光谱表征，如图1所示，可知3465 cm
‑1附近为脒基的N
‑
H振动吸收峰，2900~3050 cm
‑1附近为苯环C
‑
H的振动吸收峰，1650~1450 cm
‑1为芳环骨架振动峰，1326 cm
‑2为C
‑
N键的红外吸收。
[0024]采用R1、R2分别为氢、C6H5、X为Cl
‑
的聚脒，配置聚脒浓度为0.05%及氢氧化钙浓度为8%的水溶液，按体积比10%将两者进行搅拌混合，并通入CO2气体，流速为每克氢氧化钙1.2 L/h，反应温度为16 ℃。反应过程中监测体系pH，达到7后继续通入CO2气体10 min，停止反应。反应结束后，进行过滤、洗涤、烘干，烘干温度为60 ℃，得到圆盘状纳米碳酸钙。
[0025]对所得圆盘状纳米碳酸钙采用透射电镜对其形貌、粒径进行分析，结果如图2所示。由图中可以看出，该颗粒平均直径为 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用聚脒型导向剂制备圆盘状纳米碳酸钙的方法，其特征在于：该方法是指将浓度为0.05~5%的聚脒水溶液与浓度为6~12%的Ca(OH)2水溶液混合后，通入CO2气体，于5~30 ℃进行反应，反应过程中监测体系pH，达到6.8~7.2后继续通入CO2气体10~30 min，停止反应；反应结束后，将体系过滤、洗涤后进行烘干，即得圆盘状纳米碳酸钙。2.如权利要求1所述的一种使用聚脒型导向剂制备圆盘状纳米碳酸钙的方法，其特征在于：所述聚脒水溶液中的聚脒粉末含有五元环型脒基单元，表面带有正电荷，其结构通式为：，式中：R1、R2为H、C1~C8的烷烃或芳基中的一种，且R1、R2至少有一个为芳基；n=40~110；x= Cl
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【专利技术属性】
技术研发人员：李跃辉，孙玉霞，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：