纳米碳酸钙入门

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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。
轻质超细碳酸钙比表面积为 60~100 m2/g。
白度的测定方法
纳米碳酸钙对白度的要求主要是根据其填充的对象不同而不同。
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。
5:d<0.02μm
第三项表示产品改性处理与否。其
中:
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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
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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 (Acrylonitrile-Butadiene-Styrene),简称 ABS。
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;
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(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。
3来自百度文库
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
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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
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(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。
消化池

(3) 碳化
化 塔
石灰乳经除渣精制后的精浆液,根据
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:
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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。
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
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。
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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。
(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。
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;
纳米碳酸钙入门
盛大科技(上海)纳米技术研究院
2010年 9 月
1 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。
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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。
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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。
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
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。
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。
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(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。
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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。
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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。
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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。
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