[發明專利]反相微乳法制備不同粒徑球形納米碳酸鈣粒子的方法

有效

• 申請號: 201210014570.7
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102583481A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 王農;王興權
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學
• 主分類號: C01F11/18
• 分類號: C01F11/18;B82Y40/00
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于納米材料領域，涉及納米碳酸鈣的制備方法，更具體的是涉及一種反相微乳法制備不同粒徑球形納米碳酸鈣的方法。

背景技術

納米碳酸鈣是一種重要的無機化工產品，廣泛用于橡膠，塑料，油墨，涂料，造紙等行業。由于其超細微化，在磁性、光熱阻、催化性、熔點等方面與常規材料相比顯示出優越性，將其用于橡膠、造紙、塑料等能使制品表面光艷、拉伸強度大、抗張力高、耐彎曲、龜裂性好，是優良的白色補強性填料。在高級油墨中具有良好的光澤、透明、穩定、快干等特性。在涂料工業，主要用于合成樹脂涂料，汽車漆等，改善體系的觸變性，可顯著提高涂料的附著力，耐洗刷性，耐沾污性，并具有很好的防沉降作用；以納米級碳酸鈣為填料的汽車底盤漆有許多優異的功能，如附著力強，抗沖擊，抗刮痕，堅固耐用。在密封粘結材料工業中，可以加速膠的交聯反應，增強膠的穩定性，提高膠的機械性能，達到填充及補強雙重作用，同時能使膠料表面光亮細膩。在納米碳酸鈣的生產中，碳酸鈣結晶粒子大小、結晶形狀、粒度分布及分散性能是其重要性能指標。粒度小、分布均勻、分散性能好的納米碳酸鈣產品具有更高經濟利用價值和更加廣闊的市場前景。工業生產中碳化反應和包覆過程的控制將顯著影響納米碳酸鈣的質量。因此，研究碳酸鈣制備反應過程規律，采取有效控制措施制備高品質納米碳酸鈣具有十分重要的現實意義。

近幾十年來，國內外學者致力于納米碳酸鈣的研究，目前工業上主要采用碳化法和沉淀法制備。微乳法是近年來發展起來的一種制備納米微粒的有效方法，此方法具有實驗設備簡單、操作容易、粒徑大小可控、分散好、分布窄等特點。它利用表面活性劑使兩種互不相溶的溶劑形成一種均勻、穩定的微乳液，其中膠團的大小主要受ω₀值(ω₀＝[H₂O]/[表面活性劑]，摩爾比)的影響，因此可通過調節加入的水與表面活性劑的量，控制微乳液中膠團的大小。利用微乳液中的膠團作為“微反應器”，可使成核、生長、聚結、團聚等過程局限在一個微小的球形液滴內進行，從而可形成球形顆粒，又避免了顆粒之間進一步團聚，從而達到控制微粒大小、形狀的目的，因此采用反相微乳法可制備納米級顆粒。微乳液分為正相微乳液，(即水包油或O/W)和反相微乳液(即油包水或W/O)，其中的微小球形液滴分別稱為油池和水池。由于生成碳酸鈣的沉淀反應通常在水相中進行，因此，采用微乳液法制備超細CaCO₃的關鍵是使含有前驅體的水溶液液滴被一連續油相包圍，前驅體不溶于該油相中，也就是要形成W/O型微乳液。制備過程通常是混合兩種含有不同反應物的微乳液，混合后，化學反應就在水核中進行(成核和生長)。該過程非常快，一旦水核內的粒子長到最后尺寸，表面活性劑分子將附在粒子表面，使粒子穩定并阻止其進一步長大，因此產物粒徑受水核大小控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用反相微乳法制備不同粒徑球形納米碳酸鈣粒子的方法，反相微乳液(即反膠束溶液)是熱力學穩定的透明液體。在反膠束溶液中，微小的水滴被分散在連續油相中的表面活性劑膠束包圍，分散相尺寸非常小，通常為幾到幾百個納米，化學反應在微小液滴內部或油水界面發生。利用碳酸鈣沉淀反應在水相中進行的特點，可通過調節水和表面活性劑的相對含量控制反相微乳液中水池的大小，從而最終實現控制碳酸鈣粒徑大小的目的。

本發明所述的用反相微乳法制備不同粒徑的球形納米碳酸鈣顆粒的方法，其特征是采用反相微乳液，通過調節水與表面活性劑的摩爾比(ω₀值)控制微乳液中膠團的大小，實現在10-100nm范圍內分別制備不同粒徑的球形納米碳酸鈣粒子。具體方法包括如下步驟：

(1)鈉鹽水溶液的配制：將鈉鹽溶解于蒸餾水中得到濃度為0.10～4.50mol/L的鈉鹽水溶液；

(2)鈣鹽水溶液的配制：將鈣鹽溶解于蒸餾水中得到濃度為0.10～4.50mol/L的鈣鹽水溶液；

(3)油乳液的配制：將表面活性劑、助表面活性劑和油按質量份數比4～5∶8～10∶18～36依次加入到錐形瓶中，加熱至50～60℃，磁力攪拌10～30min，配制成油乳液；

(4)ω₀值的調節及含鈣鹽反相微乳液的配制：在水與表面活性劑的摩爾比(ω₀值)為5～50范圍內，將鈣鹽水溶液加入到油乳液中，配制成不同ω₀值的鈣鹽反相微乳液；

(5)將該微乳液緩慢加入到與鈣鹽等物質的量的鈉鹽水溶液中，充分攪拌使之完全反應后，陳化1～24小時；