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【粉体百科】我是纳米碳酸钙,我为自己代言!
点击量:  发表时间:2017-2-15 14:57:07

   由于纳米碳酸钙的晶型可控、半补强和补强作用等优异的纳米材料的特性,是目前重钙不具备的,因此,尽管其价格远高于重钙,生产技术也复杂的多,但是用作许多中高档产品的功能性填料方面是重钙所无法取代的,也是超细轻钙的研发技术方兴未艾的根源所在。

     

什么是碳酸钙 
碳酸钙在自然界中随处可见

如以上所列钟乳石、石灰石、大理石、汉白玉、冰洲石、珍珠、贝壳、蛋壳等的主要成分都是碳酸钙。
碳酸钙是一种化学性质较为稳定的微碱性物质。在石灰岩里面,含有二氧化碳的水,渗入石灰岩隙缝中,会溶解其中的碳酸钙。因此形成了钟乳石。
碳酸钙遇酸会分解,因此碳酸钙粉体在运输中应该要防止雨淋、受潮,不得与酸混运;贮存于干燥、阴凉通风的仓库内。

2 碳酸钙的分类
按制备方法不同可分为重质碳酸钙、轻质碳酸钙。
碳化法制得的碳酸钙称为轻质碳酸钙(简称轻钙,LCC)或沉淀碳酸钙(简称PCC)。
轻钙的粉体特点是:
(1) 粒度小,一般平均粒径在数微米以下;
(2) 粒度分布窄,可视为单分散粉体;
(3) 粒子晶型多样化,应用于不同行业需要不同的晶型。
普通轻钙粒径为1~10 μm,比表面积为5 m2/g左右,一般认为只有填充功能;微细碳酸钙的粒径为0.1~1μm,比表面积为10~20 m2/g左右,具有半补强效能;超细活性碳酸钙粒径为0.01~0.1μm,比表面积为20~80 m2/g左右,具有较高的补强效能。
天然矿物直接经由机械粉碎(研磨法)所得产品,因其比重大于轻钙,故名重质碳酸钙(简称重钙,GCC )。
重钙的粉体特点是: 
(1)粒子形状不规则;
(2)粒度分布比较宽,是多分散体;
(3)粒度比轻钙要粗,同样是超细钙,超细重钙的粒度比超细轻钙的粒度级别要相差一级,即超细重钙的粒度只相当于微细轻钙的粒度。此外,重钙还具有价格低廉、容易制取、工厂投资仅为轻钙的1/4~1/3等特点。

活性钙、胶质碳酸钙有什么不同?

活性钙:又称改性碳酸钙、表面处理碳酸钙、胶质碳酸钙。用碳酸钙的亲水性和疏水性来判断是否活化。
活性碳酸钙的特点:粒径小、吸油值低、分散性好、能补强等。

3 什么是纳米碳酸钙
国内碳酸钙行业是以平均粒径为基础把轻质碳酸钙产品划分为以下五个粒度等级:
微粒碳酸钙,粒径 > 5000 nm;
微粉碳酸钙,粒径范围为1000~5000 nm;
微细碳酸钙,粒径范围为100~1000 nm;
超细碳酸钙,粒径范围为20~100 nm;
超微细碳酸钙,粒径 < 20 nm。
超细碳酸钙和超微细碳酸钙(合称纳米碳酸钙)的粒径在1~100 nm范围内。

纳米碳酸钙(又称超细碳酸钙)粉体的特点是:
(1) 粒子细:平均粒径为10~100 nm;
(2) 比表面积大:比普通轻质碳酸钙大近8倍;
(3) 表面经过活化处理,活化率较高,具有不同的功能和用途;
(4) 白度较高,适宜作浅色制品,pH值呈弱碱性;
(5) 晶型多样化,应用于不同行业需要不同的晶型。
由于纳米碳酸钙的晶型可控、半补强和补强作用等优异的纳米材料的特性,是目前重钙不具备的,因此,尽管其价格远高于重钙,生产技术也复杂的多,但是用作许多中高档产品的功能性填料方面是重钙所无法取代的,也是超细轻钙的研发技术方兴未艾的根源所在。

4 纳米碳酸钙是怎样生产出来的
生产流程如下

(1) 煅烧
石灰石经过预处理,同煤按一定比例混合均匀后经混料竖窑(如左图)煅烧,产生氧化钙(石灰)、二氧化碳。
(2) 消化
煅烧得到的石灰除渣后送消化池(如右图)与水进行消化反应生成石灰乳。
(3) 碳化
石灰乳经除渣精制后的精浆液,根据碳化要求控制到一定温度、一定浓度送往碳化反应设备(碳化塔)与窑气进行碳化反应。
(4) 改性
纳米碳酸钙属无机材料,与高聚物相容性差,必须对碳酸钙进行表面改性,改性剂有脂肪酸、树脂酸、偶联剂等类型。
(5) 压滤
改性完毕的纳米碳酸钙为浆料,为了获得纳米碳酸钙产品,需用压滤机对其进行压滤进行脱水。
(6) 干燥分级包装
压滤后的纳米碳酸钙仍然含有大量水分,为了便于包装、运输、贮藏和使用,需进行干燥、分级和包装。

5 纳米碳酸钙产品的主要技术指标
碳酸钙的主含量 

碳酸钙的主含量多少:普通轻钙>活性轻钙>专用纳米钙。纳米碳酸钙的主含量要求较低,而有害杂质含量要求微量。
晶型 
晶型与粒径有关系,一般粒径大于200 nm时,晶型多为不对称形,如纺锤形、棒状等;当粒径在50~120 nm之间时,一般为对称形,如立方体、球形等;当粒径小于30 nm时,多为立方体和颗粒状,且晶体容易连接成链状。

沉降体积 
沉降体积是单位质量的产品碳酸钙在100 m1水中震荡并静置3h后所具有的体积(ml)。沉降体积越大,说明产品粒度越小、比重越轻、产品档次越高。
吸油值 
对于活性钙来说,随碳酸钙表面吸附的活性含量的增加,吸油值呈下降趋势。
活化与否 
普通碳酸钙未经活化处理,呈亲水性,与水可以按不同比例混合,经搅拌之后,静置几小时皆沉淀在水中;经活化处理后的碳酸钙一般呈疏水性,再三搅拌之后,碳酸钙始终漂浮在水面上。
比表面积判断是否微细 
碳酸钙的平均粒径与其比表面积有着内在的联系,可以通过其比表面积的大小来较准确地判断平均粒径的大小。
以下是经验值:
普通重质碳酸钙比表面积为1 m2/g左右。
重质微细碳酸钙比表面积为1.45~2.1 m2/g。
普通轻质碳酸钙比表面积为5 m2/g左右。
轻质微细碳酸钙比表面积为27~87 m2/g左右。
轻质超细碳酸钙比表面积为60~100 m2/g。

碳酸钙产品的系统命名方法 
为了便于碳酸钙产品的开发、推广、应用和区别,碳酸钙行业制订了如下系统命名方法。命名由三项组成,第一项为汉语拼音字母;第二项由阿拉伯数字组成;第三项为拼音字母。
其意义为:第一项表示加工方法,用Z, Q表示。其中,
Z——表示非化学方法加工的重质碳酸钙。
Q——表示化学方法加工过的轻质碳酸钙。
第二项表示产品的平均粒径范围。其中:
1:d> 5μm
2:lμm<d≤5 μm
3:0.1μm<d≤1 μm
4:0.02μm<d ≤0.1μm
5:d<0.02μm
第三项表示产品改性处理与否。其中:
B—表示未经改性;
G—表示经表面活性剂处理。


6 纳米碳酸钙(NPCC)与其它碳酸钙的比较

7 纳米碳酸钙的应用
纳米碳酸钙作为一种无机化工产品,经表面改性处理而成为一种功能性的填充材料,广泛应用于塑料、橡胶、油墨、涂料、造纸、胶粘剂、密封胶等工业,还应用于食品、医药、饲料、建材、化纤等行业。

(1)在橡胶中的应用

碳酸钙是橡胶工业中应用最早,用量最大的填料,碳酸钙主要应用于轮胎、胶鞋、电线电缆,橡胶密封制品等,它不仅可以增加产品体积,节约高价的天然橡胶和降低成本,还可以改进橡胶的性能。纳米碳酸钙在橡胶工业中多用于内胎和外胎特殊部位,胶带、胶管、胶布等橡胶制品。添加了纳米碳酸钙的橡胶制品其硫化胶拉长率、抗撕裂性能、压缩变形和耐屈绕性能,都明显好于添加一般碳酸钙的产品。在橡胶制品中添加立方体纳米碳酸钙可以使制品具有补强性,由于在橡胶制品中具有良好的分散性,可制得透明和半透明的橡胶制品。
纳米碳酸钙应用于橡胶中的几个技术因素
晶型:不同晶型中立方体部分呈链锁状的晶型适合用于橡胶。
粒径:以80~120 nm为宜,粒径太小。
水分:为了利于提高硫化速度,一般要求小于0.5%。
吸油值:橡胶用纳米碳酸钙的吸油值越大,对橡胶的浸润性和补强性越好。
pH值:橡胶应用中的pH主要是影响其硫化速度,一般纳米碳酸钙的pH值在9~10.5之间。
表面改性:选择适宜的分散剂和改性剂(脂肪酸或偶联剂)等。

(2) 在塑料中的应用
对塑料说来,普通碳酸钙只能起到填充剂的作用,只有改性纳米碳酸钙填充在塑料制品中才能有除填充之外的活性剂和补强剂的作用。改性纳米碳酸钙可以增加产品体积、降低成本、提高硬度和耐热性以及刚度、改进加工性能、提高擦伤性和平滑度,还可以提高薄膜的透明性、韧性、开口性、抗老化性能等,对冲击强度有增韧效果,也对共混中的黏流行具有效果。纳米碳酸钙还可以提高塑料制品的弯曲强度、拉伸强度、热变形温度和尺寸稳定性。
纳米碳酸钙已广泛应用于通用塑料中,如聚氯乙烯(PolyVinylChloride),简称PVC,聚丙烯(Polypropylene),简称PP,聚苯乙烯(Polystyrene),简称PS;在工程塑料中也有部分应用,如聚酰胺(Polyamide),简称PA,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯简称ABS。
纳米碳酸钙应用于塑料中的几个技术因素
晶型:以立方体和球形的晶型为宜。
粒径:以80~120 nm为宜。
水分:一般要求小于0.5%。
吸油值:此值以低为宜,一般在25~60 m2/g之间。
pH值:此值尽可能低一些。
分散性:用于塑料的纳米碳酸钙需要在塑料体系中具有良好分散性,防止颗粒的二次凝聚。
重金属的含量:此含量越低越好。
盐酸不溶物:主要是指纳米碳酸钙中的黑点和黄点等杂质,必须严格控制。

(3)纳米碳酸钙在涂料中的应用
纳米碳酸钙在涂料中不仅作为优质增白的颜料,降低成本,提高涂料的光泽度,干燥性和覆盖力,还有透明性、稳定性、补强作用、快干等特点。在汽车涂料、粉末涂料、建筑涂料中,可以部分或全部替代钛白粉,完全可以达到相同的效果。粒径小于80 nm的纳米碳酸钙具有良好的触变性,可应用于汽车底盘防石击涂料和面漆。

纳米碳酸钙应用于涂料中的几个技术因素
良好的剪切稀化效应:该效应可以保证施工喷涂中降低黏度,具有良好的流动性不把喷枪口堵塞。
良好的触变性能:粒径以30~80 nm为宜。

(4) 纳米碳酸钙在油墨中的应用
印刷油墨市场要求高性能的纳米碳酸钙。纳米碳酸钙用于油墨产品中表现出优异的分散性、透明性、极好的光泽和优异的油墨吸收性以及干燥性。用于油墨的纳米碳酸钙必须经过活性处理,晶型以立方体和球形为主。

纳米碳酸钙应用于油墨中的几个技术因素
晶型:立方体纳米碳酸钙具有流动性好和吸油值低以及分散性好等优点,很适合用于油墨中的填料。
透明度:它与粒径和晶型以及分散性有关。
细度:它是反映纳米碳酸钙及其它颜料的研墨程度和分散状况的指标。碳酸钙应尽可能让盐酸不溶物越低越好,这样能使分散性好。
黏度:它与纳米碳酸钙的用量和分散性以及粒径有关。
流动度:油墨的流动度是黏度的倒数,表示油墨的稀稠程度。
光泽度:它是大多数油墨的一项主要的特性指标。
白度:白度一般大于80%,如果太高将影响其它颜料的遮盖力。
水分:油墨对水分的要求不高,小于3%即可。

(5) 纳米碳酸钙在胶黏剂中的应用
胶黏剂(adhesive) :又称粘合剂、粘接剂,简称胶。它是一种能够把两种同类或不同类材料紧密地结合在一起的物质。
纳米碳酸钙应用于胶黏剂中的几个技术因素
晶型:立方体、菱形六面体、立方体部分呈链锁状的晶型比较适合用于胶黏剂。 16
粒径:以60~100 nm为宜。
水分:纳米碳酸钙的水分含量低为宜,一般小于0.5%。
pH值:此值偏低为宜。
吸油值:它是影响碳酸钙在胶中浸润性的因素。
比表面积:纳米碳酸钙的比表面积在20~25m2/g为宜。
表面改性:纳米碳酸钙表面改性效果的好坏将影响其颗粒对胶体的掺合作用,影响胶体的触变性。

(6) 纳米碳酸钙在造纸中的应用
在造纸填料方面,纳米碳酸钙目前主要用于特殊纸制品,如尿不湿、卫生巾等。其高避光性、高亮度,可提高纸品的白度和避光性;其高膨胀性,能使造纸厂使用更多的填料而少用纸浆,大幅度降低原材料成本;纳米碳酸钙粒度细小、均匀、对纸机的磨损小,并使生产的纸制品更加均匀、平整;其高吸油值,能提高彩色纸的颜料牢固性,还赋予纸张良好的折曲性、柔软性,以及对油墨和水良好的吸收性。

(7) 纳米碳酸钙在化妆品中的应用
碳酸钙在化妆品中的应用在很早以前就有人使用,如用珍珠粉进行化妆或用温泉的碳酸钙泥浆进行化妆等。工业界在精研天然碳酸泉的基础上,模仿天然碳酸温泉作用和有益化学成分,辅之具有美白和保湿功效成分,已经制备出人工碳酸泉制剂。

(8) 在其他方面的应用
食品
食品专用纳米碳酸钙以其纯度高、分散性好、抗沉降性能优越、溶解性好、容易吸收、口感好、超低杂质含量等特性广泛应用于食品领域;作碱性剂、营养增补剂、面团调节剂、固化剂、酵母养料、抗结块剂、疏松剂、胶姆糖助剂、改性剂,特别适应于钙营养强化保健食品、钙片、胶囊、面制品、谷物早餐、饼干、乳制品、豆粉、软饮料、藕粉等。
医药
纳米碳酸钙在药品中有着极其重要的用途。普通碳酸钙由于粒径大,不易被人体吸收,所以补钙药品大多是采用有机钙,有利于人体吸收,补钙效果好,但成本较高,价格昂贵。纳米碳酸钙的粒径比普通碳酸钙小得多,以无机钙的形式人体极易吸收,成本比有机钙低得多,比糖尿病人、尿毒症病人采用有机钙补钙带来的副效应少得多。
医药级碳酸钙在药品配方中作中和剂、助滤剂、缓冲剂和溶解剂以及作填料和钙源补充剂。钙是维持人体神经、肌肉、骨骼系统、细胞膜和毛细血管通透性正常功能所必需。用于妊娠、哺乳妇女、更年期妇女、老年人等的钙补充,也可用于防治骨质疏松症。
农业
使用纳米碳酸钙对农膜改性处理可解决成本、性能与价格的矛盾。虽然无机纳米碳酸钙与普通钙粉填料一样,不能起到对农膜的直接降解作用,但由于纳米碳酸钙特有的性能,使其能大比例均匀地填充于农膜中,使产品在成型和实施二次拉伸时,表面和内部形成无数微小缝隙,帮助并加速光/生物助剂对农膜的降解,制成的农膜既能保证质量和使用性能,又不增加生产成本,还可实现快速降解。


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