CN103318938A - 一种油墨专用碳酸钙的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，即首先分别配制含有Ca²⁺离子供体的水溶液和含有CO₃ ^2-离子供体的水溶液，控制其中Ca²⁺离子浓度为0.2-6mol/L，CO₃ ^2-离子浓度为0.2-2mol/L，然后将含有Ca²⁺供体的水溶液和含有CO₃ ^2-离子供体的水溶液进行等当量混合并强烈搅拌，反应1-30min后过滤，所得的滤饼经表面处理、干燥、碾磨得到颗粒均匀、粒径在0.8-2.5μm，分散良好的油墨专用的碳酸钙。并且由于制备过程中过滤碳酸钙后获得的母液可循环使用，用于溶解含有Ca²⁺离子供体的原料和含有CO₃ ^2-离子供体的原料，因此是一种零排放、对环境无污染的清洁生产方法。

Description

一种油墨专用碳酸钙的制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳酸钙的制备方法，特别涉及一种油墨专用的碳酸钙的制备方法。

背景技术

碳酸钙广泛应用于塑料、造纸、涂料、油墨、日化等行业。针对应用于配制不同种类油墨的碳酸钙产品，要求的碳酸钙颗粒形貌有不同，对碳酸钙的表面处理要求也不同。如对于打印油墨，使用球形颗粒与立方形颗粒的碳酸钙填料，有利于图案清晰、印墨均匀；对于涂印油墨，使用片状颗粒能提高涂布效率并降低涂印油墨用量；对于冲淡墨，不仅需要碳酸钙颗粒细小，而且要求颗粒均匀、透明度高。

目前碳酸钙生产工艺多数是采用将CO₂通入Ca(OH)₂悬浮液的CO₂碳化方法，此过程繁琐、能量消耗大，尤其不能适应都市型工业园区对于节能降耗、保护环境的要求。通过液-液反应生产颗粒可控的碳酸钙相比CO₂碳化法生产碳酸钙，在简化流程、节约能耗等方面更具有竞争力，但是相关的制备报道很少。

中国发明专利（专利号 ZL 200310122980.4） “一种油墨用纳米级碳酸钙颗粒的制造方法”公开了一种油墨用纳米级碳酸钙颗粒的制造方法。在反应起始阶段加入晶核促进剂，在碳化率达到80%以上时加入分散剂，得到立方形纳米级碳酸钙，但其反应体系为石灰水碳化法，石灰乳的制备浪费大量能量，而且由于其溶解度小故只能获得不均匀的悬浮体系，在生成碳酸钙的过程中会使碳酸钙在氢氧化钙颗粒表面覆盖，影响氢氧化钙的进一步碳化，同时难以控制碳酸钙颗粒大小一致。

中国发明专利（专利号 ZL 01126404.7）“高档胶印油墨用纳米透明碳酸钙的制备方法”通过控制Ca(OH)₂悬浮液的温度、控制CO₂气体流量来控制碳酸钙晶核的成核速率，并加入晶形控制剂来控制各晶面的生长速率，从而达到形貌可控；继续加入分散剂、表面处理剂调节粒子表面电荷和进行颗粒表面包覆处理，获得了粒径在15-40nm的高档胶印油墨填料。但其获得的颗粒粒度分布不均，在油墨使用过程中难以体现稳定的使用效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的油墨所用的碳酸钙制备方法中，最终所得的颗粒粒度分布不均，在油墨使用过程中难以体现稳定的使用效果等技术问题而提供一种颗粒均匀、粒径在80nm-5μm，分散良好的油墨专用的碳酸钙的制备方法。

本发明的技术方案

一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）、分别配制含有Ca²⁺离子供体的水溶液和含有CO₃ ^2-离子供体的水溶液，使其中Ca²⁺离子浓度为0.2-6mol/L，CO₃ ^2-离子浓度为0.2-2mol/L；

所述的含有Ca²⁺离子的供体为氯化钙水溶液；

所述的含有CO₃ ^2-离子的供体为碳酸钠或碳酸钾水溶液；

（2）、将步骤（1）中所得的含有Ca²⁺离子供体的水溶液和含有CO₃ ^2-离子供体的水溶液进行等当量对撞混合或倾倒混合，然后控制搅拌转速为300-600rpm，温度为0-80℃，进行反应1-30min得到碳酸钙悬浮液；

所述的对撞混合为将温度为0-80℃的含有Ca²⁺离子供体的水溶液和含有CO₃ ^2-离子供体的水溶液以流速为1-12m/s,夹角为60-180°对撞进行混合；

所述的倾倒混合为将温度为0-80℃、流量为0.1-2L/s的含有Ca²⁺离子供体的水溶液和含有CO₃ ^2-离子供体的水溶液倾倒进行混合；

（3）、过滤步骤（2）所得的碳酸钙悬浮液，所得的滤饼经无离子水洗涤后在气流干燥设备中，在通入80-150℃的热空气条件下进行干燥，干燥后的碳酸钙固体粉末控制温度为70-90℃与表面处理剂进行混合后，在碾钵中碾磨5-30min至粒径为80nm-5μm的颗粒，即得油墨专用的碳酸钙；

或将碳酸钙悬浮液经过滤，所得的滤饼经无离子水洗涤后控制温度为20-90℃，加入表面处理剂进行混合后，在碾钵中碾磨5-30min，即得粒径为0.8-2.5μm的油墨专用的碳酸钙；

所用的表面处理剂为松香、棕榈酸或调墨油，表面处理剂的使用量为理论所得碳酸钙重量的1-5%；

所得的碳酸钙悬浮液过滤后所得的滤液即氯化物母液循环用于溶解原料CaCl_2、碳酸钠或碳酸钾，循环利用后，最终在结晶器中生产氯化物晶体。

本发明的有益效果

本发明的一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，将两股液体物料进行撞击或倾倒混合反应，极大地强化传热、传质过程，简化装置、节省动力。选择这种反应方式特别适用于合成碳酸钙这样的传质过程为控制步骤的瞬间化学反应。撞击反应的原理是将两股高速液体射流以一定的夹角（60～180°）进行撞击，使物料进行充分混合。倾倒反应的原理是将两股液体物料以等当量的形式同时快速投入反应器，同时配合强烈搅拌，使反应器中的反应物料具有基本相同的反应时间，使碳酸钙颗粒大小均匀一致，其颗粒粒径为0.8-2.5μm。

进一步，本发明的一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，由于以松香或棕榈酸或调墨油表为表面处理剂，最终获得的油墨专用的碳酸钙可以直接用于油墨的配制。与现有技术（专利号 ZL 200310122980.4、专利号 ZL 01126404.7）相比，本发明生产过程简单，对环境无污染，应用更加灵活，甚至可以根据油墨生产厂商的具体要求，选择合适的表面处理过程。

进一步，本发明的一种油墨专用碳酸钙的制备方法，制备过程中可以将滤液即氯化物母液循环使用，用于溶解原料CaCl₂及可溶性碳酸盐，因此本发明是一种零排放、对环境无污染的清洁生产方法。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

本发明各实施例中所用的各种原料或试剂的规格及生产厂家的信息如下表：

本发明各实施例中撞击加料法所用的各种设备的型号及生产厂家的信息如下表： 

手动加压撞击流注射器：医用注射器，200mL，上海医药股份有限公司提供；

搅拌器，型号：RW20.n  功率：70W ，广州IKA有限公司生产；

真空泵，型号：SHZ－IIIB 工作电压：220V  功率：180W  抽速（单管/双管）：10/20L/min，浙江临海市精工真空设备厂生产；

气流干燥设备，型号：SK-101，功率：2500W，上海圣科仪器设备有限公司生产。

本发明各实施例中倾倒加料法所用的各种设备的型号及生产厂家的信息如下表： 

搅拌器，型号：RW20.n  功率：70W ，广州IKA有限公司生产；

真空泵，型号：SHZ－IIIB 工作电压：220V  功率：180W  抽速（单管/双管）：10/20L/min，浙江临海市精工真空设备厂生产。

气流干燥设备，型号：SK-101，功率：2500W，上海圣科仪器设备有限公司生产。

实施例1

一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，具体步骤如下：

（1）、称取111gCaCl₂与106g Na₂CO₃分别配成500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液；

其中Ca²⁺离子浓度为2mol/L，CO₃ ^2-离子浓度为2mol/L；

（2）、用医用注射器将CaCl₂水溶液与Na₂CO₃水溶液以90°夹角进行撞击，两组原料的加入流量为0.6L/min，撞击后的液体混合物在搅拌釜中进行反应，搅拌速度为400rpm、温度20℃、时间为15min，反应后得到碳酸钙悬浮液；

（3）、过滤步骤（2）所得的碳酸钙悬浮液，所得的滤饼经无离子水洗涤，控制在20-90℃，加入150g表面处理剂即3#调墨油进行混合后，在碾钵中碾磨15min，即得250g粒径在0.8-1.2μm，分散良好、颗粒均匀的油墨专用的碳酸钙CaCO₃。

实施例2

一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，具体步骤如下：

（1）、称取111gCaCl₂与106g Na₂CO₃分别配成500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液；

其中Ca²⁺离子浓度为2mol/L，CO₃ ^2-离子浓度为2mol/L；

（2）、用医用注射器将500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液以90°夹角进行撞击， 500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液的加入流量均为0.6L/min，撞击后所得到的的500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液混合物在搅拌釜中进行反应，反应过程控制搅拌速度为400rpm、温度为20℃、时间为15min，反应后得到碳酸钙悬浮液；

（3）、过滤步骤（2）所得的碳酸钙悬浮液，所得的滤饼经无离子水洗涤后，放置于温度为150℃的空气干燥器中进行干燥；

上述干燥后所得的碳酸钙固体粉末在80-90℃下与5g表面处理剂即粉状松香进行混合后，在碾钵中碾磨15min，即得105g粒径在1.5-2.5μm，分散良好，大小均匀的油墨专用的碳酸钙CaCO₃。

实施例3

一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，具体步骤如下：

（1）、称取111gCaCl₂与106g Na₂CO₃分别配成500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液；

其中Ca²⁺离子浓度为2mol/L，CO₃ ^2-离子浓度为2mol/L；

（2）、用医用注射器将500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液以90°夹角进行撞击，500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液的加入流量均为0.6L/min，撞击后所得到的500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液混合物在搅拌釜中进行反应，反应过程控制搅拌速度为400rpm、温度20℃、时间为15min，反应后得到碳酸钙悬浮液；

（3）、过滤步骤（2）所得的碳酸钙悬浮液，所得的滤饼经无离子水洗涤后，放置于温度为120℃的空气干燥器中进行干燥；

上述干燥后所得的碳酸钙固体粉末在70-80℃下与4g表面处理剂即粉状棕榈酸进行混合后，在碾钵中碾磨15min，即得104g粒径在1.5-2.5μm，分散良好，大小均匀的油墨专用的碳酸钙CaCO₃。

实施例4

一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，具体步骤如下：

（1）、称取111gCaCl₂与106gNa₂CO₃分别配成500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液；

其中Ca²⁺离子浓度为2mol/L，CO₃ ^2-离子浓度为2mol/L；

（2）、用倾倒加料法使500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液混合，加料时间在2s之内，然后控制转速为400rpm进行搅拌使CaCl₂水溶液与Na₂CO₃水溶液混合并反应，反应过程控制温度20℃，时间为15min，反应完后得到碳酸钙悬浮液；

（3）、过滤步骤（2）所得的碳酸钙悬浮液，所得的滤饼经无离子水洗涤后，控制在20℃，加入150g表面处理剂即3#调墨油进行混合后，在碾钵中碾磨15min，即得250g粒径在1.0-1.5μm，分散良好、颗粒均匀的油墨专用的碳酸钙。

实施例5

一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，具体步骤如下：

（1）、称取111gCaCl₂与106gNa₂CO₃分别配成500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液；

其中Ca²⁺离子浓度为2mol/L，CO₃ ^2-离子浓度为2mol/L；

（2）、用倾倒加料法使500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液混合，加料时间在2s之内完成，然后控制搅拌速度为400rpm进行搅拌，使CaCl₂水溶液与Na₂CO₃水溶液混合并反应，反应过程控制温度20℃，时间为15min，反应完后得到碳酸钙悬浮液；

（3）、过滤步骤（2）所得的碳酸钙悬浮液，所得的滤饼经无离子水洗涤后，放置于温度为150℃的空气干燥器中进行干燥；

上述干燥后所得的碳酸钙固体粉末在80-90℃下与5g表面处理剂即粉状松香进行混合后，在碾钵中碾磨15min，即得105g粒径在1.0-1.5μm，分散良好，大小均匀的油墨专用的碳酸钙。

实施例6

一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，具体步骤如下：

（1）、称取111gCaCl₂与106gNa₂CO₃分别配成500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液；

其中Ca²⁺离子浓度为2mol/L，CO₃ ^2-离子浓度为2mol/L；

（2）、用倾倒加料法使500ml CaCl₂水溶液和500ml Na₂CO₃水溶液进行混合，总倾倒时间在2s之内，然后控制搅拌速度为400rpm进行搅拌，使CaCl₂水溶液与Na₂CO₃水溶液混合并反应，反应过程控制温度20℃，时间为15min，反应完后得到碳酸钙悬浮液；

（3）、过滤步骤（2）所得的碳酸钙悬浮液，所得的滤饼经无离子水洗涤后，放置于温度为80℃的空气干燥器中进行干燥；

上述干燥后所得的碳酸钙固体粉末在70-80℃下与4g表面处理剂即粉状棕榈酸进行混合后，在碾钵中碾磨15min，即得104g粒径在1-1.5μm，分散良好，大小均匀的油墨专用的碳酸钙。

上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤：

（1）、分别配制含有Ca²⁺离子供体的水溶液和含有CO₃ ^2-离子供体的水溶液，其中Ca²⁺离子浓度为0.2-6mol/L，CO₃ ^2-离子浓度为0.2-2mol/L；

（2）、将步骤（1）中所得的含有Ca²⁺离子供体的水溶液和含有CO₃ ^2-离子供体的水溶液进行对撞混合或倾倒混合后，控制搅拌转速为300-600rpm、温度为0-80℃，进行反应1-30min得到碳酸钙悬浮液；

（3）、将步骤（2）所得的碳酸钙悬浮液经过滤、干燥、表面处理、碾磨即得到油墨专用的碳酸钙；

或将步骤（2）所得的碳酸钙悬浮液经过滤、表面处理、碾磨得到油墨专用的碳酸钙。

2.如权利要求1所述的一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，其特征在于步骤（1）所述的含有Ca²⁺离子的供体的水溶液为氯化钙水溶液。

3.如权利要求2所述的一种油墨专用碳酸钙的制备方法，其特征在于步骤（1）所述的含有CO₃ ^2-离子的供体的水溶液为碳酸钠或碳酸钾水溶液。

4.如权利要求1、2或3所述的一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，其特征在于步骤（1）所述的Ca²⁺离子浓度为2mol/L，CO₃ ^2-离子浓度为2mol/L。

5.如权利要求4所述一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的对撞混合为将温度为0-80℃的含有Ca²⁺离子供体的水溶液和含有CO₃ ^2-离子供体的水溶液以流速为1-12m/s,夹角为60-180°对撞进行混合；

          所述的倾倒混合为将温度为0-80℃、流量为0.1-2L/s的含有Ca²⁺离子供体的水溶液和含有CO₃ ^2-离子供体的水溶液倾倒进行混合。

6.如权利要求1所述一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，其特征在于步骤(3)所述的经过滤、干燥、表面处理、碾磨，即过滤所得的碳酸钙悬浮液，所得的滤饼经无离子水洗涤后在气流干燥设备中，通入80-150℃的热空气条件下进行干燥，干燥后的碳酸钙固体粉末控制温度为70-90℃与表面处理剂进行混合后，在碾钵中碾磨5-30min即可；

所用的表面处理剂为粒径为0.1-1mm的松香粉、棕榈酸粉或调墨油，表面处理剂的用量为理论所得碳酸钙重量的1-5%。

7.如权利要求1所述的一种油墨专用的碳酸钙的制备方法，其特征在于所述的过滤、表面处理、碾磨即将所得的碳酸钙悬浮液过滤，所得的滤饼经无离子水洗涤后控制温度在20-90℃，加入表面处理剂进行混合后，在碾钵中碾磨5-30min即可；

所用的表面处理剂为粒径为0.1-1mm的松香、棕榈酸或调墨油，表面处理剂的用量为理论所得碳酸钙重量的1-5%。