科技创新导报
2009
Science and Technology Innovation HeraldNO.07
工业技术
纳米碳酸钙的制备及用途
刘飞生1 曹清2
(1,长沙理工大学后勤集团湖南长沙 410077;2,华中师范大学化学学院湖北武汉 430079)
摘要:碳酸钙是化学实验室常见的一种无机试剂,也是一种常见的无机盐化工产品。近年来对于纳米碳酸钙的制备及应用已被越来越
多的学者关注。本文主要就纳米碳酸钙的制备及用途作了简介。
关键词:纳米碳酸钙制备用途
中图分类号:O613 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2009)03(a)-0056-01
纳米碳酸钙是指粒径在0～100 nm 范
围内的碳酸钙产品,它包括超细碳酸钙(粒
径0.02～0.1μm)和超微细碳酸钙(粒径小
于或等于0.02μm)两种碳酸钙产品[1]。由
于我国碳酸钙资源丰富,加上纳米碳酸钙
在橡胶,塑料工业方面的重要用途(可代替
价格昂贵的白炭黑和钛白粉填料),使得纳
米碳酸钙的制备与生产方面的研究成为近
年来的热点。
1 纳米碳酸钙的制备方法
纵观近几年的研究成果,纳米碳酸钙
的制备方法主要有以下几种:
1.1 复分解法
通过可溶性钙盐与可溶性碳酸盐在特
定条件下反应,通过控制反应温度、反应
物浓度及环境PH 等条件可制得不同晶形
的纳米级碳酸钙,该反应的优点是产品纯
度高,缺点是制得的晶形不易控制,因而制
备时一般较少采纳此法。
1.2 碳化法
碳化法是目前国内发展得较为成熟的
一种方法,主要的原理是利用石灰石(主要
成分为CaCO3)高温煅烧制得CaO,再通过
CaO 消化得Ca(OH)2 浆液,此浆液与CO2 发
生碳化制得碳酸钙。得到的碳酸钙通过过
滤、干燥、改性等操作便能得到最终的产
品—纳米级碳酸钙。
根据碳化工艺的不同又可将碳化法分
为三种:间歇鼓泡碳化法,连续喷雾碳化法
和超重力碳化法。
1.2.1 间歇鼓泡碳化法间歇鼓泡碳化法是目前国内外大多数
厂家所采用的工艺。根据碳化塔中是否有
搅拌装置,该法又可分为普通间歇鼓泡碳
化法和搅拌式间歇鼓泡碳化法。[2]该方法主要是通过将Ca(OH)浆液加入到碳化塔内,并保持一定的液位(2) ,在控制低温的条件
下,间歇地通入CO,以制备所要求的产品。
此方法操作简便,成(2) 本低,但生产效率低,
气液接触差,因而晶形不易控制,导致不同
批次重现性差。
1.2.2 连续喷雾碳化法
此方法的主要步骤是:将精制的石灰乳浆液配置成所需浓度,加入适量的添加剂,充分混匀后泵入喷雾碳化塔顶部雾化
器中[3],雾化成的微小的雾滴;同时混合干
燥的CO从塔底通入,通过扩散作用均匀
的分散在(2) 塔中,通过逆流,气液两相充分接
触,瞬时发生反应。由于气液接触充分,且
可以连续生产,因而制得的产品晶形稳定,
产量高,但与此同时带来了成本高,能耗大
及喷嘴易堵塞的缺点。
1.2.3 超重力碳化法
超重力碳化技术是指氢氧化钙乳液在
超重力反应器中通过高速旋转的填料床
时,获得较重力加速度大2-3 个数量级的
离心速度,在这种情况下,乳液被填料破碎
成极小的液滴、液丝和极薄的液膜,极大
地增加了气液接触面,强化了碳化速度;同
时,由于乳液在旋转床中得到高度分散,限
制了晶的长大[4],不需添加剂,也能控制晶
体的粒径范围。该法与前两种碳化法相
比,具有设备体积小产品纯度高,不添加生
产抑制剂亦能获得要求性能的产品的优
点。
1.3 乳液法
乳液法大致可分为两种:一种是微乳
液法,另一种为乳状液膜法。
微乳液法主要利用微乳液中液滴大小
可控的特性,将可溶性碳酸盐与钙盐分别
溶于组成完全相同的微乳液中,再混合反
应,由于反应被控制在较小的区域内进行,
因而可得到纳米级碳酸钙晶粒,再将其与
溶剂分离,即得产品。而乳状液膜法则是
利用孔径为几个微米活几十微米的膜材料
作为分散介质,分散相压入到连续相中时,
被微小孔膜剪切成微小粒径的液滴,进入
连续相,从而实现微米尺度的相互混合。
乳液法的主要优点是控制了反应区
域,因而不需晶形控制剂,并且能耗低,气
体利用率高。
1.4 凝胶法
凝胶法是从凝胶的两端或一端让
CO32 -和Ca2 + 扩散,在凝胶内生成结
晶体的方法。这种方法对于研究而言最大
的优势是晶体的生成过程能够清晰地观察
到,因而对于研究晶粒控制有很大的帮助。
1.5 非冷冻法
非冷冻法是在间歇碳化法的基础上,
通过分散剂的加入,取代冷冻控温系统,节
约成本,降低耗能的方法。
2 纳米碳酸钙的用途
由于纳米碳酸钙粒径小、比表面积
大、具有粗粒子不具有的特殊性能,如微
波吸收性、补强性、触变性等特殊性能,它
作为一种优良的填充剂,具有色白质纯、
易于着色、化学性质稳定、成本低廉、粒
径和粒子形状可以控制等优势[5],现今它
已经广泛地应用在涂料、橡胶、油墨等工
业生产中。
2.1 橡胶工业
橡胶工业是纳米碳酸钙的主要应用市
场。纳米级超细碳酸钙在橡胶中具有空间
立体结构,又因有良好的分散特性,而能够
提高材料的补强作用。另外它作为填料引
入橡胶,可以增加制品的体积,从而降低橡
胶原料的使用,节约了成本。与其它填料
(如炭黑,陶土等)配合使用,还可使制品的
伸性、抗张强度有本质性提高,从而提高
产品质量。同时,通过改性的纳米碳酸钙
还可部分取代白炭黑与钛白粉等昂贵材
料。硬脂酸及其盐类在纳米碳
酸钙的表面
改性及增加橡胶和钙离子表面的湿润度方
面有重要作用。
2.2 塑料工业
纳米碳酸钙在塑料中可增加塑料体
积,降低产品成本,提高塑料的尺寸稳定
性、硬度和刚性,改善塑料的加工性能,提
高耐热性,改进塑料散光性[3]。由于纳米碳
酸钙粒径小,因而可以填充到塑料中的气
泡和空隙中,从而提高塑料的均匀程度。
同时纳米碳酸钙添加到聚乙烯中对增加韧
性起到较大作用。因而被广泛用于聚氯乙
烯、聚丙烯塑料等聚合物中。
2.3 涂料工业
主要应用于水性涂料,它可以提高其
柔韧性、硬度以及光泽度;并具有良好的
防沉降作用。利用其存在的“蓝移”现象,
将其添加到胶乳中,能对涂料形成屏蔽作
用,达到抗紫外老化和防热老化的目的。
2.4 其它方面
纳米碳酸钙不仅可应用到以上三个行
业,还可应用于油墨,造纸等行业;同时,还
被可应用于化妆品,保健品,陶瓷制造等方
面。例如饲料中纳米碳酸钙可作为补钙
剂,且更易吸收;化妆品,牙膏中可作为填
料代替钛白粉,降低成本。
3 结语
从纳米碳酸钙的用途来看,这是一个
非常有发展前途的产品,但是目前的各种
制备方法还存在各种不足;因而如何研制
高效,低廉的制备方法,制备出高纯度,高
品质的纳米碳酸钙将是今后研究的重点与
难点。
参考文献
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