纳米碳酸钙入门

2
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。
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。
15
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。
纳米碳酸钙(NPCC) ＜0.1μm 晶型可控 ＞90% 是 分散度大
较低且可控 较好 较好
补强剂、活性剂等功能性填充剂
普通轻钙(LCC) 1μm～10μm 纺锤体 ＞98% 否 较差 较高 较差 较差 填充剂
重质碳酸(GCC) ＞1μm
无规则晶型，不可控 ＞99% 否 很差 很高 差 差 填充剂
7 纳米碳酸钙的应用
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;
7
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。
4 纳米碳酸钙是怎样生产出来的
生产流程如下
5
混
(1) 煅烧
料
竖
塔
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。
消化池
碳
(3) 碳化
化 塔
石灰乳经除渣精制后的精浆液，根据
微细碳酸钙 超细碳酸钙 超微细碳酸钙
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
(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。
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
例如 Q4G：表示由 化学方法加工的 超细活性碳酸钙。
4：0.02μm＜d ≤0.1μm
(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。
12
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。
5：d＜0.02μm
第三项表示产品改性处理与否。其
中：
9
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
纳米碳酸钙(NPCC)、普通轻钙(LCC)、重质碳酸钙(GCC)的性能比较
项目
一次粒径 晶型
CaCO3 含量 表面改性与否
分散性 吸油值 流动性 疏水性 作用
14
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。
3
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。
纳米碳酸钙的粉体照片(左)和微观粒径分析的透射电镜(TEM)照片(右)
微粒碳酸钙
微粉碳酸钙
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。
10
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。
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。
6
(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，
板框压滤 机
需用压滤机对其进行压滤进行脱 水。
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。
13
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。