[发明专利]气泡液膜法制备碳酸钙纳米粒子材料

说明书

【技术领域】

本发明是气泡液膜法制备碳酸钙纳米粒子材料，属化工纳米材料制造业。

【背景技术】

碳酸钙是一种重要的无机化工产品，具有原料丰富、生产工艺简单、性能稳定等特点，广泛用于塑料、橡胶、涂料、造纸、油墨、医药、食品、饲料等工业部门。其中塑料、橡胶、造纸行业消耗碳酸钙量约80％，涂料约10％，其它行业约10％。在目前石油资源日益枯竭的情况下，用碳酸钙作为塑料、橡胶等的增容填料，具有特别重要的意义。我国每年需要碳酸钙产品总量约400万吨，每年从国外进口纳米碳酸钙7～10万吨，并且碳酸钙的需求量还在以每年6～10％的速度增长。目前一些国际大公司也看好中国碳酸钙行业。

由于普通碳酸钙的粒径在1μm～3μm或更大，在橡胶、塑料等行业中仅作为填充剂起增容作用，同时造成产品的力学性能急剧下降。粒径在1nm～100nm的碳酸钙纳米粒子不仅具有填充增溶作用，而且具有纳米补强、增韧作用，还可在部分领域取代白碳黑，故受到广泛关注。

目前，我国有轻质碳酸钙生产企业一百四十多家，总生产能力达300多万吨，但品种单一，工艺落后，基本上采用简易的间歇式鼓泡碳化工艺，产品大多为售价低廉的粒径在2μm～5μm，甚至更大的纺锤形产品。而市场需求增长较快，附加值较高、粒径小于100nm的碳酸钙纳米粒子材料的产量甚少，约占轻质碳酸钙总产量的2～3％。我国每年需要从日本、英国等国家进口纳米碳酸钙约十万吨(售价3000～6000元/吨)。近年来，我国也有利用国内外技术进行纳米碳酸钙生产的报道，但生产成本较高，且大多需要巨额投资，中小企业难以适应。

生产碳酸钙纳米粒子的方法很多，其中已实施工业生产的，主要有鼓泡碳化法、喷雾碳化法和超重力法等。这些方法都取得一定成功，但存在难控制产物粒度和均匀性，发生团聚，或不易实施原位包覆，或发生堵塞设备等不尽人意之处。

由于纳米粒子的表面聚集着较大的过剩自由能，在室温下就可通过释放过剩自由能而团聚，因此，纳米粒子一般难以单个存在。团聚体不能充分表现出纳米功能。通常说的纳米粉体，都是由若干个纳米粒子凝聚成的紧密型细小颗粒，难以分散为单个的纳米粒子。这给纳米材料在高分子材料等领域中的应用造成很大麻烦。解决纳米粉体在载体中分散为单个纳米粒子问题，至今仍是纳米科学科技中重要的研究课题之一。因此，有必要开发可规模化生产纳米粒子材料的新方法。

本专利发明人杨第伦等已研制出具有强力分散气体和液体功能的泡罩碟式搅拌器，专利号ZL：200420044185.8，申请日：2004年3月31日。泡罩碟式搅拌器由旋转圆盘、固定罩和旋转动力机构三部分组成。圆盘上设有若干个开口泡罩，每个泡罩的底部开孔。当圆盘旋转时，参加反应的反应物水溶液通过旋转圆盘上的泡罩，受到泡罩控制，从泡罩底部孔喷射到旋转圆盘的另一面，形成喷射方向与圆盘旋转方向相反的气泡射流。全部反应液被气泡分隔为足够薄的液膜，气泡为分散相，液膜为连续相，构成纳米反应环境。将泡罩碟式搅拌器装置在各种反应容器内，就构成气泡液膜反应器，中国专利公开号：CN1833769A，公开日：2006年9月20日。在上述基础上，提出了制造纳米粒子材料的气泡液膜法，中国专利公开号：CN1803272A，公开日：2006年7月19日。因此气泡液膜反应器和气泡液膜法特别适用于化学液相沉淀法生产纳米粒子材料。本发明就是在此基础上研制成功的。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种气泡液膜法制备碳酸钙纳米粒子材料，它是采用气泡液膜反应器，氢氧化钙水悬浮液和二氧化碳气体为原料，羧酸盐水溶液或乳液为包覆剂(也是表面活性剂)，利用泡罩碟式搅拌器的强力分散气体和液体的功能，瞬间将氢氧化钙、包覆剂和二氧化碳气体混合，达到微观混合均匀的浆液，在反应体系中产生足够量的二氧化碳气泡，全部.浆液被二氧化碳气泡分隔成足够薄的液膜，气泡为分散相，液膜为连续相，羧酸根的非极性端伸向气泡内部，极性端伸向液膜，形成纳米反应环境，极大地增加了二氧化碳气体与氢氧化钙之间的接触面，强化传质传热。反应物在液膜和气泡之间或液膜内进行碳化反应，碳酸钙成核，生长，生成晶体纳米粒子，经原位包覆，生成碳酸钙胶囊纳米粒子。碳酸钙胶囊纳米粒子表面吸附大量气体，构成气相界面，抑止团聚，并形成矿化泡膜，经陈化，过滤，干燥，得到碳酸钙胶囊纳米粒子粉体。

一、本发明工艺步骤、设备特征如下：