碳酸钙的活化改性
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碳酸钙粉体改性研究进展兰黄鲜【摘要】碳酸钙粉体改性是提高碳酸钙复合材料整体性能的有效途径之一,国内外材料工作者做了大量的研究.综述了近年来碳酸钙粉体改性研究现状及其改性效果,展望了碳酸钙粉体改性研究领域的发展前景,提出了今后的主要研究任务.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2010(039)001【总页数】3页(P78-80)【关键词】碳酸钙粉体;表面改性;机理;改性效果【作者】兰黄鲜【作者单位】广西煤炭科学研究所,广西,南宁,523003【正文语种】中文【中图分类】TQ623.4碳酸钙(包括重钙和轻钙)具有原料易得、价格低廉,稳定性好、色泽单纯、无毒等诸多优点,而被广泛用于塑料、橡胶、造纸、油墨、建材、电线电缆等领域,成为用量最大的填充材料。
但由于碳酸钙属无机粉体,粒子表面是亲水疏油的,呈强极性,在有机介质中难以分散均匀,与基材之间结合力低,在受外力冲击时,易造成界面缺陷,导致材料性能下降;纳米级的碳酸钙粉末,表面能高,吸附作用越强,粒子互团聚,无法在聚合物基体中很好分散,从而影响其使用的实际效果。
因此,只有对碳酸钙进行改性,才能获得高性能且满足实际应用的功能性改性填充专用料。
通过对碳酸钙粉体表面改性可增加碳酸钙粉体颗粒间的斥力,降低碳酸钙粉体颗粒间的引力,使其易于分散,还可以提高碳酸钙颗粒的表面活性,改善碳酸钙粉体粒子与其他物质之间的相容性,使微粒表面产生新的物理、化学、力学性能及新的功能[1],从而最大限度的提高材料性能和填充量,降低原料成本,进而拓宽碳酸钙粉体的应用领域,使其成为具有功能性的新型改性填充专用料。
碳酸钙粉体表面处理改性的作用机理基本上分为物理作用和化学作用两种类型,物理作用指的是表面涂量(或称之为包覆)和表面吸附,填料与处理剂之间的结合是分子间作用力,而化学作用是指在填料与处理剂之间发生包括取代、水解、接枝等化学反应[2]。
近年来,碳酸钙粉体的改性受到国内外材料工作者的广泛关注,尤其是其改性方法的研究。
轻钙、重钙和活化钙有什么区别?先说轻钙与重钙:一般来说轻钙由于加工方法是化学反应来的(其过程是碳酸钙矿石经焚烧成氧化钙,加水成氢氧化钙,加二氧化碳又成钙碳酸),其纯度更高,更白,颗粒微观上有几种晶形;重钙由于是直接由矿石磨出来的,一般来说杂质较多(如氧化铁,氧化镁等),颜色更深,不如轻钙白,颗粒形态以圆球形居多。
轻钙和重钙都可以活化处理成活钙。
碳酸钙经活化处理后,表面性能有些改变。
如果只是以一些表面活性剂处理,如硬脂酸等,可以降低碳酸钙小颗粒的表面能,使颗粒聚团的倾向降低,便于其在制品中的分散;如果是以偶联剂进行处理,可以增加碳酸钙与有机树脂之间的相互作用,提高整体塑料的材料性能。
重质碳酸钙简称重钙,英文简称为GCC.是用机械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等而制得。
由于重质碳酸钙的沉降体积比轻质碳酸钙的沉降体积小,所以称之为重质碳酸钙。
轻质碳酸钙简称轻钙又称沉淀碳酸钙,英文简称为PCC,是将石灰石等原料段烧生成石灰(主要成分为氧化钙)和二氧化碳,再加水消化石灰生成石灰乳(主要成分为氢氧化钙),然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀,最后经脱水、干燥和粉碎而制得。
或者先用碳酸钠和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀,然后经脱水、干燥和粉碎而制得。
由于轻质碳酸钙的沉降体积(2.4-2.8mL/g)比重质碳酸钙的沉降体积(1.1-1.4mL/g)大,所以称之为轻质碳酸钙。
Calcium Carbonate 碳酸钙Heavy Calcium Carbonate 重质碳酸钙(而楼上所指的GCC缩写是Ground Calcium Carbonate,因重质碳酸钙又称研磨碳酸钙)LightCalcium Carbonate 轻质碳酸钙(楼上所指的PCC缩写是Precipitated Calcium Carbonate 因轻质碳酸钙,又称沉淀碳酸钙)另,有资料称:重质碳酸钙的沉降体积范围为:1.1-1.9mL/g.与2楼略有差异。
碳酸钙疏水改性及性能表征李方;余越琳;蒲晓林;刘鹭【摘要】采用单一改性剂油酸、硬脂酸、二甲基硅油及复合改性剂对碳酸钙颗粒进行疏水改性.介绍了改性碳酸钙的作用机理.探讨了改性剂种类和加入量对碳酸钙颗粒表面疏水程度的影响,并通过活化度表征疏水程度.采用红外光谱仪表征改性前后碳酸钙的结构,说明改性剂被引入到了碳酸钙颗粒表面上;采用Zeta电位仪测定改性前后碳酸钙随pH变化的Zeta电位,得知改性碳酸钙的Zeta电位受pH影响比较大;采用激光粒度仪测定改性前后碳酸钙的粒径,得知改性碳酸钙比未改性碳酸钙的平均粒径小,且其分散稳定性要优于未改性碳酸钙.该研究也提供了随改性剂种类和加量变化来调整颗粒表面疏水程度的方法,有一定实际意义.【期刊名称】《无机盐工业》【年(卷),期】2013(045)011【总页数】3页(P15-17)【关键词】碳酸钙;疏水;表征【作者】李方;余越琳;蒲晓林;刘鹭【作者单位】西南石油大学石油工程学院,四川成都610500;西南石油大学石油工程学院,四川成都610500;西南石油大学石油工程学院,四川成都610500;西南石油大学石油工程学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TQ132.32碳酸钙是一种廉价易得,无毒性,使用方便,可以大量应用到涂料、油漆、塑料、橡胶以及造纸等行业中的化工原料[1]。
但碳酸钙颗粒越细,表面能就越高,容易在极性溶剂中自行团聚;其表面亲水疏油,不易结合到表面能低的有机体上,且难以在高聚物中分散。
通过对碳酸钙粉体表面改性,可降低其表面能,提高分散性,使其表面由亲水性转变为亲油性,进而提高与高聚物的相容性。
目前,中国对碳酸钙疏水改性的研究已有所报道[2-7]。
笔者在参考他人研究的基础上,采用油酸、硬脂酸和二甲基硅油作为改性剂对纳米碳酸钙进行改性包覆,作用原理如图1所示。
硬脂酸和油酸属于脂肪酸(盐),脂肪酸(盐)一端为长链烷基(C16-Cl8),碳酸钙表面的钙离子可以与脂肪酸另外一端的亲水性基团(如羟基、羧基)发生化学反应,从而将碳酸钙粉末表面由亲水疏油转变为亲油疏水。
碳酸钙表面改性探究碳酸钙是一种十分重要的工程材料,它具有良好的可溶性,耐酸性,耐热性,固体表面附着能力等优点,可广泛用于纺织、陶瓷、建筑陶瓷、涂料等多个领域。
由于碳酸钙具有良好的表面性质,因而引起了科学家们的关注。
在近几年中,有许多研究者致力于研究碳酸钙表面改性,以期提高这种材料的物理化学性能。
碳酸钙表面改性技术,主要是通过改变其表面形貌来改善其物理化学性质。
首先,通过化学氧化反应将碳酸钙的表面氧化,然后将表面氧化后的碳酸钙放入改性剂中,如盐酸、硫酸等,在改性剂的作用下,重新形成新的表面形貌和性质。
碳酸钙表面改性主要有两种,一种是表面改性,另一种是表面凝胶化改性,原理如下:表面改性是通过改变表面特征,如毛面粗糙度、表面疏水性、表面静电性等,使表面更加水乳化,从而提高材料的流变性、可塑性和耐久性。
而凝胶化改性是将碳酸钙的表面改性剂与淀粉粒子结合,形成凝胶状结构,从而使碳酸钙具有极佳的吸水性能。
碳酸钙表面改性后,其物理化学性质得到明显改善,具有比原材料更好的热抗冲击性能,更高的熔点、更高的抗疲劳性能,同时,改性后的碳酸钙具有良好的耐磨性、耐水性、耐酸碱性、耐腐蚀性等优点。
碳酸钙表面改性具有广泛的应用前景,它可以用于制作各种复杂的、耐高温和耐腐蚀的工程件,比如火车制动器、汽车零部件、电器元件、机械零件等,实际上,碳酸钙表面改性产品已经被广泛应用于国内外多个领域。
在未来几年,随着科学技术的发展和人们对碳酸钙表面改性应用的认识,碳酸钙表面改性技术将取得更多的进展,不仅可以满足更多的工程需求,而且可以改变当今社会的科技景观,为人类提供更多应用,更舒适的生活。
总之,碳酸钙表面改性技术具有重要的价值和应用前景,未来的研究者们将继续探究、开发并为技术应用奠定更多的基础。
胶质钙说明书胶质钙(又称活性钙、活性碳酸钙、改性碳酸钙或填料填充剂)是一种重要的化工原料,广泛应用于多个工业领域。
一、基本信息CAS号:471-34-1分子式:CaCO3分子量:100.09外观:白色细腻、轻质粉末二、化学特性胶质钙的粒子表面吸附一层脂肪酸皂,这赋予其胶体活化性能,使其活性比普通碳酸钙大,具有补强性。
不溶于水,遇酸分解,灼烧变成焦黑色,放出二氧化碳并生成氧化钙。
易分散于胶料之中,能较好地改善碳酸钙粒子的团聚状况,细化碳酸钙颗粒。
三、用途胶质钙因其独特的性能被广泛应用于以下领域:1. 塑料行业:作为填充料,可提高塑料制品的附着力,抑制涂料层脱皮,改善加工工艺性能,提高填充量,降低生产成本。
2. 橡胶行业:使橡胶色泽光艳,伸长率大,抗张强度高,耐磨性能良好。
在生产微孔橡胶时,可使其发泡均匀。
3. 电线电缆:作为填充料,提高电线电缆的机械性能和绝缘性能。
4. 人造革:赋予人造革良好的抗张强度和光滑外观。
5. 涂料、油墨、纸张:改善这些产品的填充性能和表面质量。
6. 建材领域:作为建材的添加剂,提高建材的性能和稳定性。
四、产品规格胶质钙的产品规格多样,常见的有325目、600目、800目、1250目、1500目、2000目、3000目、4000目、5000目、6250目、7000目、11000目等。
不同的规格适用于不同的应用场景和需求。
五、质量指标胶质钙的质量指标通常包括以下几个方面:主含量(以CaCO3计):≥98.5%(优质品)PH值(10%悬浮液):9-10.5105℃下挥发物含量:≤0.4%(一等品)盐酸不溶物含量:≤0.07%沉降体积(ml/g):≥2.5铁(Fe)含量:≤0.01%锰(Mn)含量:≤0.001%筛余物:45um试验筛%≤0.5白度:≥95这些指标是评价胶质钙质量的重要标准,也是用户选择产品时的重要参考。
六、产品优势环保性:胶质钙是一种新型环保材料,无毒无味,符合环保要求。
碳化活化一体化纳米碳酸钙生产新工艺颜鑫;卢云峰【摘要】碳化活化一体化装置具有碳化和活化温度可调、二氧化碳浓度可控、二氧化碳分布均匀、碳化无死角、搅拌速度可调、产品粒径大小和晶体形状可控等特点.该装置明显简化了纳米碳酸钙的生产流程,减少了设备数量,省略了浆液的静置、陈化、冷却、增浓等环节,提高了工艺的连续性,有利于节能降耗和提高产品质量的稳定性.在碳化起始浆液浓度、起始温度、制冷机功率、碳化气流量或压力等因素都相同的前提下,探讨了碳化气分别采用体积分数为38%、95%以及从95%渐降到20%模式时,碳化过程中氢氧化钙质量分数与碳化时间和碳化温度的关系,其中碳化气体积分数以渐降方式最为理想.【期刊名称】《无机盐工业》【年(卷),期】2018(050)012【总页数】4页(P47-50)【关键词】纳米碳酸钙;碳化活化一体化装置;二氧化碳缓冲罐;气体分布器;浓度渐降模式【作者】颜鑫;卢云峰【作者单位】湖南化工职业技术学院,湖南株洲412000;石家庄科林威尔环保科技有限公司【正文语种】中文【中图分类】TQ132.32纳米碳酸钙作为一种新型高档功能性无机粉体材料,由于其原料广、价格低、无毒性、白度高等特点,广泛用作橡胶、塑料、造纸、涂料、油漆、电线、电缆、油墨、日化等行业的填料或添加剂。
但是,中国纳米碳酸钙的生产存在产品晶体形貌的一致性、完整性以及产品分散性和质量稳定性较差等问题,存在产品粒度分布不够均匀、沉降体积可控性不佳等问题,包裹返碱现象也时有发生[1]。
决定纳米碳酸钙质量最关键、核心的步骤是碳化反应过程和湿法活化过程。
碳化反应完成后所得熟浆需在陈化槽和增浓槽中依次进行静置陈化、冷却增浓,然后转移到湿法活化釜中进行活化改性,浆液需要在碳化塔、陈化槽、增浓槽和活化釜中多次流转。
活化改性通常需要加热,但是这时碳酸钙熟浆已经冷却到常温,再次加热需要消耗较多的能量,这不仅需要花费大量的时间(48 h以上),也增加了能量消耗和生产成本。
碳酸钙表面改性常用改性剂有哪些?在实际生产中,碳酸钙的表面处理主要分为干法改性和湿法改性。
对于重钙、部分低档次轻钙等普通产品,可采用干法处理,对于纳米碳酸钙、专用碳酸钙等中高档次的产品则需采用湿法处理。
1、碳酸钙干法改性常用改性剂干法改性是将表面处理剂与碳酸钙粉末直接混合,通过高速旋转、喷淋等方式,使改性剂一端的基团与碳酸钙表面形成强化学键,另一端与高分子材料发生反应或物理缠绕,从而实现对碳酸钙的表面改性。
干法改性的工艺原理简单,设备要求也不高,但此法缺点也很明显,无法达到非常均匀的包覆效果,总有部分碳酸钙无法被包覆,这将导致产品在应用时使制品出现缺陷。
故干法改性一般适用于对性能要求不太高的产品。
干法改性工艺使用的表面处理剂主要有:钛酸酯类:主要分为单烷氧型,螯合型和配位型三大类。
单烷氧型因含有功能性基团,比较适合干法改性;螯合型因含有乙二醇基,比较适合湿法改性工艺;而配位型一般难溶于水,不与酯发生反应,适合干法改性。
铝酸酯类:常温下为白色蜡状固体,热分解温度高、约300℃,具有反应活性强,无毒、味弱、价格较低、适用范围广等特点,但因为易水解,钛酸酯只适合于干法改性工艺。
由于铝酸酯对PVC有良好的热稳定性和润滑性,其已广泛应用于碳酸钙表面处理及塑料产品的加工中。
硼酸酯类:常温下为白色粉状或块状固体,由于具有优异的抗水解性和热稳定性,硼酸酯不仅可以应用于干法改性,湿法改性也同样适合。
磷酸酯类:表面处理时,可以与碳酸钙表面钙离子发生反应生成磷酸钙包覆在碳酸钙表面,从而达到表面改性功能。
用磷酸酯处理过的碳酸钙在应用时可提高材料的加工、机械性能,同时也可改善制品的阻燃性和耐腐蚀性。
2、碳酸钙湿法改性常用改性剂湿法改性是将表面处理剂溶于水,加入到碳酸钙水溶液中,通过控制加入速度,溶液温度,包覆时间来进行表面处理的一种方法。
相较于干法改性,湿法改性的包覆效果明显更好,包覆的更加均匀,得到的产品质量也更加稳定。
碳酸钙表面改性探究碳酸钙是一种普遍存在的无机非金属化合物,主要用于构成硬塑料、涂料、水泥和橡胶等建筑材料。
由于碳酸钙具有良好的化学稳定性和物理性质,它不仅可以用于各种建筑材料的制造,而且可以在医疗和农业领域中进行广泛应用。
然而,由于碳酸钙表面极易氧化,其化学稳定性会受到影响,从而影响它的性能和应用程度。
因此,研究碳酸钙表面改性并增强其性能是一个重要课题。
碳酸钙表面改性通常是通过共沉淀法来完成的。
共沉淀法是一种常用的表面改性方式,可以在碳酸钙表面形成一层保护膜,从而增加碳酸钙的耐腐蚀性和抗氧化能力。
此外,共沉淀法还可以改变碳酸钙表面的物理特性,如表面粗糙度、表面弛豫度和活性能等。
这些改性技术可以有效地提高碳酸钙的耐腐蚀性和抗氧化性能,从而改善其可用性和耐用性。
另外,还有一些专门的表面处理方法可以用于碳酸钙表面改性,如化学改性和表面涂层技术等。
化学改性通常是使用各种有机和无机的活性剂,如硅酸、硫酸、硼酸等,以改变碳酸钙表面的形貌和结构。
而表面涂层技术则可以在碳酸钙表面形成一层保护性膜。
这种技术可以有效地防止碳酸钙表面的氧化过程,并增加其耐磨性。
此外,采用表面涂层技术还可以改变碳酸钙表面的光学性质,提高表面的抗冲击性和耐潮湿性。
最后,碳酸钙表面改性后,应使用表面性能测试手段,进行相关参数测试和评估。
可以使用X射线衍射、扫描电镜和热重分析等手段来研究碳酸钙表面改性后的结构特征,以更好地了解其表面改性效果。
同时,也可以采用水溶液稳定性测试、抗氧化能力测试和耐腐蚀性测试等方法对碳酸钙表面改性后的力学性能、电学性质和耐温性能等进行测试和评估。
综上所述,碳酸钙表面改性可以通过共沉淀法、化学改性和表面涂层技术等多种方式来实现。
通过这些改性技术可以改善碳酸钙的耐腐蚀性和抗氧化性能,从而提高其可用性和耐用性。
为更好地了解碳酸钙表面改性效果,应采用表面性能测试手段,对表面改性后的碳酸钙进行相关参数测试和评估。
活性碳酸钙通常是用硬脂酸等表面活性剂或偶联剂进行改性。
从而可添加到塑料、橡胶中,与油性树枝相容。
为白色细腻粉末,颗粒表面被活性物质覆盖,所以在聚合物机体中分散性良好。
在塑料中作为改性填充剂,提高制品的物化性能,在油漆中作为填料和颜料,在橡胶中作为补强剂,改善加工性能,降低成本。
碳酸钙的作用:
在实验室还可以用来制取二氧化碳
检定和测定有机化合反应中的卤素。
水分析。
检定磷。
与氯化铵一起分解硅酸盐。
制备氯化钙溶液以标化皂液。
制造光学钕玻璃原料、涂料原料。
其他用途
食品工业中可作为添加剂使用。
常用于建筑业和造纸行业。
200目以内:可用于各种饲料添加剂含钙量达55.6 以上无有害成份。
250目至300目:用做塑料厂,橡胶厂,涂料厂,防水材料厂的原料及内外墙粉刷。
白度在85度以上。
350目至400目:用于制造扣板,落水管道,化工。
白度在93 度以上。
400目至600目:可用于牙膏膏体,肥皂。
白度在94 度以上
800目:用于橡胶,塑料,电缆,pvc 白度在94 度以上
1250目:pvc ,PE ,油漆,涂料级产品,造纸底涂,造纸面涂,白度在95 度以上。
具有高纯度、高白度、无毒、无臭、细油质低、硬度低。
碳酸钙可作补钙剂:吸收率可达39%,仅次于果酸钙可溶于胃酸,已成为剂型最多、应用最多的补钙剂。
碳酸钙专业知识碳酸钙分类:1、重质碳酸钙2、轻质碳酸钙3、活性碳酸钙4、纳米钙重质碳酸钙简述:重质碳酸钙英文名:calcium carbonate分子式 CaCO3相对分子量 100.09重质碳酸钙性质白色粉末,无色、无味。
在空气中稳定。
几乎不溶于水,不溶于醇。
遇稀醋酸、稀盐酸、稀硝酸发生泡沸,并溶解。
加热到898℃开始分解为氧化钙和二氧化碳。
重质碳酸钙,简称重钙,是由天然碳酸盐矿物如方解石、大理石、石灰石磨碎而成。
是常用的粉状无机填料,具有化学纯度高、惰性大、不易化学反应、热稳定性好、在400℃以下不会分解、白度高、吸油率低、折光率低、质软、干燥、不含结晶水、硬度低磨耗值小、无毒、无味、无臭、分散性好等优点。
可根据需要提供不同粒度要求的普通重钙粉、超细重质碳酸钙、湿法研磨超细碳酸钙、超细表面改性重质碳酸钙。
[介绍]碳酸钙(Calcium Carbonate) 是一种重要的、用途广泛的无机盐。
重质碳酸钙( Heavy Calcium Carbonate) 又称研磨碳酸钙( Ground Calcium Carbonate,简称GCC美国称Kotamite) ,是用机械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等而制得。
由于它的沉降体积(1.1-1.9mL/g/ g)比用化学方法生产的轻质碳酸钙沉降体积(2.4-2.8mL/g) 小,因此被称为重质碳酸钙。
[理化性质]碳酸钙的化学式为caco3 ,其结晶体主要有复三方偏三面晶类的方解石和斜方晶类的文石,在常温常压下,方解石是稳定型,文石是准稳定型,目前主要以方解石为主。
在常压下,方解石加热到898 ℃、文石加热到825 ℃,将分解为氧化钙和二氧化碳;碳酸钙与所有的强酸发生反应,生成水和相应的钙盐(如氯化钙CaCl2) ,同时放出二氧化碳;在常温(25 ℃) 下,碳酸钙在水中的浓度积为8. 7 ×1029 、溶解度为0. 0014 ,碳酸钙水溶液的pH 值为9. 5~10.2 ,空气饱和碳酸钙水溶液的pH 值为8. 0~8. 6 。
碳酸钙求助编辑百科名片碳酸钙图片碳酸钙是一种无机化合物,是石灰岩石(简称石灰石)和方解石的主要成分。
查看精彩图册目录基本资料管制信息简介性状储存用途理化性质密度莫氏硬度分解温度熔点溶解性介电常数化学性质主要分类1.按生产方法分类2.按粉体粒径分类3.按微观排列分类健康危害及应急处理健康危害应急处理主要用途制法工艺分布情况碳酸钙的应用碳酸钙在造纸中的应用碳酸钙在造纸涂布颜料作用碳酸钙在涂料中的应用碳酸钙在塑料中的应用展开基本资料管制信息简介性状储存用途理化性质密度莫氏硬度分解温度熔点溶解性介电常数化学性质主要分类1.按生产方法分类2.按粉体粒径分类3.按微观排列分类健康危害及应急处理健康危害应急处理主要用途制法工艺分布情况碳酸钙的应用碳酸钙在造纸中的应用碳酸钙在造纸涂布颜料作用碳酸钙在涂料中的应用碳酸钙在塑料中的应用展开编辑本段基本资料管制信息本品不受管制简介英文名:Calcium carbonate中文名:碳酸钙化学式:CaCO3CAS号:471-34-1[1]EINECS号:207-439-9[2]俗称:石灰石、石粉,是一种化合物,化学式是CaCO3,呈碱性,在水中几乎不溶,在乙醇中不溶,在含季铵盐或二氧化碳的水中微溶(原因是碳酸钙与之反应生成了微溶性物质微溶于水)。
碳酸钙别名:Carbonic acid calcium salt; Limestone; Marble它是地球上常见物质,存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰华等岩石内。
亦为动物骨骼或外壳的主要成份。
相对分子质量:100.09各元素质量比:Ca:C:O=10:3:12各原子数量比:Ca:C:O=1:1:3性状白色粉末或无色结晶。
无气味。
无味。
有两种结晶,一种是正交晶体文石,一种是六方菱面晶体方解石。
在约825℃时分解为氧化钙和二氧化碳。
溶于稀酸,几乎不溶于水。
文石:相对密度2.83,熔点825℃(分解)。
方解石:相对密度(d25.2)2.711,熔点1339℃(10.39MPa)。
碳酸钙的研究及发展应用概况摘要:本文介绍了碳酸钙的性质分类以及生产制备技术,概述了碳酸钙现有的在国内外应用的情况。
关键词:碳酸钙性质应用1、前言碳酸钙广泛存在于自然界中,是最常见的生物矿物质,同时也是目前用途最广泛的化工产品,作为一种性能优良的新型功能性纳米填料,被广泛应用于橡胶、塑料、造纸、纺织、涂料、油墨、日用品、医药等工业中,发挥添加剂和补强剂的作用,不仅可以填充增容、节约母料、降低成本,更能改善制品的表面色泽度,提高产品的综合性能。
制备碳酸钙产品的原料主要为石灰石,价廉易得,生产过程工艺简单、能耗低,因此该领域已成为国内外研究开发的热点。
2、碳酸钙的性质及其分类碳酸钙,一种化学性质比较稳定的微碱性无机化合物,是石灰岩(即石灰石)的主要成分,分子式为CaCO3,分子量为100.09,其中CaO占56.03%,CO2占43.97%。
常温下微溶于水(Ksp=2.9×10-9),溶解度为0.0014,碳酸钙水溶液的pH 值为9.5~10.2,空气饱和碳酸钙水溶液的pH值为8.0~8.6。
碳酸钙无毒、无刺激性,通常呈白色,相对密度是2.7~2.9。
可与强酸发生剧烈反应,产物为水和相应的钙盐(例如CaCl2)同时放出CO2。
碳酸钙结晶形态常见的为四类:方解石、文石、球霰石和无定形碳酸钙。
其中热力学最稳定晶型为方解石,是蛋壳以及某些疾病造成的结石的主要成分;稳定性次之的为文石,因密度是四种晶型中最大的,一般当做工业领域中的填料使用;文石和球霰石属于非稳晶态,它们的能量依次降低,溶解度也依次降低;无定形碳酸钙是碳酸钙的初始状态,在其基础上产生晶核,并进一步稳定增长成为无定形碳酸钙或生成其它晶型的晶体。
在溶液体系中,通过长时间的放置,文石、球霰石和无定形碳酸钙皆会转变成最稳定的方解石。
根据不同的标准,碳酸钙有多种分类方式。
按照不同的生产工艺分类,分为重质碳酸钙和轻质碳酸钙。
轻质碳酸钙(PCC),简称轻钙,也叫做沉淀碳酸钙,以石灰石为原料,经过煅烧、消化、碳酸化、分离、干燥以及晒分等处理方式后所得到的产品。
碳酸钙专业知识碳酸钙分类:1、重质碳酸钙2、轻质碳酸钙3、活性碳酸钙4、纳米钙重质碳酸钙简述:重质碳酸钙英文名:calcium carbonate分子式 CaCO3相对分子量 100.09重质碳酸钙性质白色粉末,无色、无味。
在空气中稳定。
几乎不溶于水,不溶于醇。
遇稀醋酸、稀盐酸、稀硝酸发生泡沸,并溶解。
加热到898℃开始分解为氧化钙和二氧化碳。
重质碳酸钙,简称重钙,是由天然碳酸盐矿物如方解石、大理石、石灰石磨碎而成。
是常用的粉状无机填料,具有化学纯度高、惰性大、不易化学反应、热稳定性好、在400℃以下不会分解、白度高、吸油率低、折光率低、质软、干燥、不含结晶水、硬度低磨耗值小、无毒、无味、无臭、分散性好等优点。
可根据需要提供不同粒度要求的普通重钙粉、超细重质碳酸钙、湿法研磨超细碳酸钙、超细表面改性重质碳酸钙。
[介绍]碳酸钙(Calcium Carbonate) 是一种重要的、用途广泛的无机盐。
重质碳酸钙( Heavy Calcium Carbonate) 又称研磨碳酸钙( Ground Calcium Carbonate,简称GCC美国称Kotamite) ,是用机械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等而制得。
由于它的沉降体积(1.1-1.9mL/g/ g)比用化学方法生产的轻质碳酸钙沉降体积(2.4-2.8mL/g) 小,因此被称为重质碳酸钙。
[理化性质]碳酸钙的化学式为caco3 ,其结晶体主要有复三方偏三面晶类的方解石和斜方晶类的文石,在常温常压下,方解石是稳定型,文石是准稳定型,目前主要以方解石为主。
在常压下,方解石加热到898 ℃、文石加热到825 ℃,将分解为氧化钙和二氧化碳;碳酸钙与所有的强酸发生反应,生成水和相应的钙盐(如氯化钙CaCl2) ,同时放出二氧化碳;在常温(25 ℃) 下,碳酸钙在水中的浓度积为8. 7 ×1029 、溶解度为0. 0014 ,碳酸钙水溶液的pH 值为9. 5~10.2 ,空气饱和碳酸钙水溶液的pH 值为8. 0~8. 6 。
- - -- - .总结资料 碳酸钙的活化改性
一、碳酸钙改性简介 碳酸钙(CaCO3)粉体作为填充改性材料广泛应用于塑料、橡胶和涂料等行业,既可提高复合材料的刚性、硬度、耐磨性、耐热性和制品的尺寸稳定性等,又能降低制品的成本。由于CaCO3原料来源广泛、价格低廉且无毒性,所以它是高聚物复合材料中用量最大的无机填料,尤其在塑料异型材行业中是最常用的无机粉体填料。碳酸钙直接用于高聚物中存在两个缺陷:(1)分子间力、静电作用、氢键、氧桥等会引起碳酸钙粉体的团聚;(2)纳米碳酸钙表面具有亲水性较强且呈强碱性的羟基,会使其与聚合物的亲和性变差,易形成团聚体,造成在高聚物中分散不均匀,导致两种材料间界面缺陷。因此,CaCO3应用在高聚物基复合材料中分散不均匀,界面结合力低,使复合材料界面间存在缺陷,导致橡塑制品的拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率等力学性能降低,从而影响其应用效果,且这一缺陷随着CaCO3填充量的增加而更加明显,甚至使制品无法使用。为了增强CaCO3在高聚物中的浸润性,消除表面高势能,提高其在复合材料中的分散性能和疏水亲油性,改进CaCO3填充复合材料的加工和力学等综合性能,并提高其在复合材料中的填充量,需要对CaCO3进行改性。 目前,国外对CaCO3,的表面改性主要有以下两个途径:①使颗粒微细或超微细化,从而改善其在高聚物复合材料中的分散性,且因- - -- - .总结资料 其比表面积增大而增强CaCO3在复合材料中的补强作用;②改进CaCO3
的表面性能,使其由无机性向有机性过渡,从而改善CaCO3与高聚物
的相容性,提高橡塑制品的加工性能、物理性能及力学性能。然而,微细化的CaCO3粒子存在以下两个缺陷:①CaCO3粒子粒径 越小,其表面上的原子数越多,表面能越高,吸附作用越强,粒子间相互团聚的现象越明显,因此,CaCO3在高聚物基体中的分散性越差;②CaCO3颗粒微细化无法改变其表面亲水疏油性,与高聚物界面结合力依然较弱。受外力冲击时,易造成界面缺陷,导致复合材料性能下降。 目前,用于CaCO3改性的方法主要有机械化学改性、干法表面改性工艺、湿法表面改性工艺、母料填料技术、复合偶联剂改性、反应性单体、活性大分子及聚合物改性技术、超分散剂表面改性碳酸钙和高能表面改性。 二、机械化学改性 机械化学改性是利用超细粉碎、研磨等强机械力作用使CaCO3,颗粒细化,并有目的地激活粒子表面,以改变其表面晶体结构和物理化学结构,使分子晶格发生位移,增强其与表面改性剂的反应活性。机械化学改性对于大颗粒的CaCO3比较有效,若再配合其他改性方法则能更有效地改进CaCO3的表面性能。 三、干法表面改性工艺 干法表面改性工艺简单,具有配方可灵活掌握以及可以将碳酸钙表面处理与下游工序串联起来的优点。干法改性工艺中除了要有快速- - -- - .总结资料 的搅拌以使偶联剂快速包覆于每一粒碳酸钙颗粒、适宜的改性温度以利包覆反应之外, 还有一个关键问题是羟基的来源问题。如果碳酸钙中水分含量较高,则偶联剂将先与水反应,而不是与碳酸钙表面的羟基反应,这就无法达到表面改性的目的。因此,必须保证快速分 布、适宜温度和不含水分这3个基本条件,才能发挥出偶联剂的作用。 3.1 硅烷偶联剂 硅烷偶联剂是开发最早的一类偶联剂,但一般的硅烷偶联剂与CaCO3
表面结合力弱,较为有效的是多组分硅烷偶联剂,它能使CaCO3粉末
表面硅烷化,但是成本高,使用复杂。硅烷类偶联剂一般含有乙烯基硅烷、有机过氧化物等,对改善聚合材料的强度和耐热性的效果较为突出。 表1 常见的硅烷偶联剂 代号 名称 适用的聚合物材料 A151 乙烯基三乙氧基硅烷 PP,PE A174 γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷 PP,PE,PC,PVC,PA
A1100 γ-胺丙基三乙氧基硅烷 PP,PS,PC,PVC A1120 N-β胺乙基-β胺丙基三乙氧基硅烷 PE,PMMA
x-12-53u 乙烷基三(特-丁基过氧化)硅烷 PP,PE,PC,PVC,PA Y-5986 聚酰胺硅烷 PP,PE,PA Y-9072 改性胺硅烷 PP,PA,PBT - - -- - .总结资料 3.2 钛酸酯偶联剂 钛酸酯偶联剂主要有单烷氧型、螯合型和配位型。单烷氧型含有多功能基团,适应于碳酸钙干法改性工艺;螯合型含有乙二醇螯合基,适用于碳酸钙湿法改性工艺;配位型耐水性好,一般不溶于水,也不 与酯类发生交换反应,适用于碳酸钙的干法改性工艺。为了提高钛酸酯偶联剂与碳酸钙作用的均匀性,一般需采用惰性溶剂(如液体石蜡、石油醚、变压器油、无水乙醇等)进行溶解和稀释。钛酸酯多 为液态, 和惰性溶剂混合后以喷雾形式加入高速混合机中,可以更好地与碳酸钙颗粒进行分散混合、表面化学包覆。钛酸酯改性效果较好, 曾得到广泛应用,但钛酸酯呈棕色影响到改性后产品的白度,且价格较贵,并可能危害人体健康(导致肝癌),美国已制定了有关钛酸酯在橡皮奶嘴和玩具等制品中含量的严格规定。因此,钛酸酯在纳米碳酸钙表面改性方面的应用呈萎缩的趋势。
图1 钛酸酯偶联剂的改性原理 表2 常见的钛酸酯偶联剂 - - --
- .总结资料 代号 名称 适用的聚合物材料 TC-101(TTS) 异丙基三异十八酰钛酸酯 PP,PS DN-201 异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯 PP,PS,PVC,尼龙 TC-190 异丙基三(十二烷基苯磺酰基钛酸酯) PP,PE,ABS,PS TC-2(TTOP-12) 异丙基三(磷酸二辛酯)钛酸酯 LDPE,软PVC TC-307 四异丙基二(亚磷脂二辛酯)钛酸酯 HDPE,PS TC-114 异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯 硬PVC,PS
3.3 铝酸酯偶联剂 铝酸酯能在碳酸钙粉末表面不可逆地形成化学键,其性能优于钛酸酯。铝酸酯分子中易水解的烷氧基与碳酸钙表面的自由质子发生化学反应, 另一端基团与高聚物分子链发生缠绕或交联。但各个厂家 生产的铝酸酯商品中有效的化学成分不尽相同,这是由于其非极性的长链烷烃来自于不同的有机酸(如油酸、硬脂酸、石蜡等),导致所生产的铝酸酯的相对分子质量大小不同,价格和性能也有差异。因 此,购买铝酸酯要根据其使用效果选择,而不能一味追求低价格。其他偶联剂也有类似的情况。 铝酸酯已广泛应用于碳酸钙的表面处理和填充塑料制品[如聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)]及填充母粒等制品的加工中。经二核铝酸酯处理后的轻质碳酸钙可使CaCO3/液体石蜡混合体系的黏度显著下降,改性后的碳酸钙在有机介质中表现出良好的分散性及良好的冲击强度、韧性等力学性能。从而显著改善产品的加工性- - -- - .总结资料 能和物理机械性能,并弥补了碳酸钙粒子表面的晶格缺陷,表面极性减弱, 并更多地以原生粒子或低团聚粒子状态存在。铝酸酯常温下为白色蜡状固体,熔融和分布过程需要一定的时间。其热分解温度达300℃,具有反应活性大、色浅、无毒、味淡、热分解温度较高、价格低廉(约为钛酸酯的一半)、适用围广等优点,对PVC有良好的协同热稳定性和润滑性,使用时无需稀释,并且包装、运输方便,因此得到广泛应用。但铝酸酯易水解,目前只局限于干法表面改性。 铝酸酯偶联剂市场上较常见的型号是DL-411系列(二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯),价格大概为一万三/吨,与其它偶联剂(如钛酸酯、硼酸酯等)相比,经铝酸酯偶联剂DL-411活化改性处理后的无机粉体,除质量稳定外,还具有色浅、无毒、味小及对PVC的协同热稳定性和润滑性,适用围广,无须稀释剂,使用方便,价格低廉。
图2 铝酸酯偶联剂的改性原理 3.4 磷酸酯偶联剂 磷酸酯对碳酸钙粉体进行表面处理, 主要是磷酸酯和碳酸钙粉体表面的Ca2+反应形成磷酸钙盐沉积或包覆在碳酸钙粒子表面, 从而改变了碳酸钙粉体的表面性能。磷酸酯作为碳酸钙粉体的表面改性 - - -- - .总结资料 剂,不仅可以使复合材料的加工性能、机械性能显著提高,对耐酸性和阻燃性的改善也有较好的效果,除了用作硬质聚氯乙烯的功能填料外,还广泛用作胶黏剂、油墨、涂料等的填料和颜料。
图3 磷酸酯偶联剂的改性原理 3.5 硼酸酯偶联剂 硼酸酯偶联剂为白色粉状或固体, 除了具有优异的偶联功能外, 还具有良好的抗水解稳定性和热稳定性, 添加了稀土元素的硼酸酯还具有无毒、抑菌、透明性和耐候性好等特点,在塑胶加工过程中具 有润滑、促进树脂塑化、增加韧性等作用。因此,硼酸酯不仅适用于纳米碳酸钙的干法改性, 也适用于纳米碳酸钙的湿法改性处理。 由于纳米碳酸钙有较大的比表面积(60~80 m2),表面有较强的静电,处于热力学亚稳定状态,脱水、干燥过程中易团聚成较大的二次粒子, 很难对一次粒径的碳酸钙颗粒进行均匀的表面包覆, 因此干法活化工艺目前适用于填料级的碳酸钙改性处理,用于功能性纳米碳酸钙改性处理还有待进一步改进。 硼酸酯偶联剂市场上较常见的型号是LD-100P,价格大概为两万/吨,对无机填料(碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、氢氧化铝、氢氧化镁、白炭黑、硅灰石、土等)表面有优秀的化学改性作用,使改性后的无机填料与高分子材料的相容性大大提高,促进了无机填料的分散性,