納米碳酸鈣的制備及運(yùn)用分析

劉劍鋒

【摘? 要】作為新興無機(jī)納米材料，納米碳酸鈣在眾多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，如食品、醫(yī)藥、密封材料、膠黏劑、日用化工、造紙、油墨、橡膠等。本文對納米碳酸鈣的制備方法和運(yùn)用進(jìn)行講述，提升納米碳酸鈣工藝技術(shù)，展望其潛在的價值。

【關(guān)鍵詞】運(yùn)用;制備;納米碳酸鈣

前言：

納米碳酸鈣平均粒子直徑在40nm左右，又被稱為超微細(xì)碳酸鈣。通常情況下，工藝實驗室制備超細(xì)碳酸鈣有三種途徑，分別為微乳法、復(fù)分解法、碳化法，其中碳化法為工業(yè)用法。九十年代初，我國超細(xì)化活性輕質(zhì)碳酸鈣整體質(zhì)量不高，這是因為國內(nèi)產(chǎn)品的粒度分布更寬，沒有平均粒度相同但分布較窄的外國產(chǎn)品質(zhì)量好，并且輕質(zhì)碳酸鈣平均粒度為150～500nm，相對比較大。陳建峰教授應(yīng)用超重力構(gòu)建3000t/aCaCO 3粉末工業(yè)生產(chǎn)線，顯著提升了超細(xì)化活性輕質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量，并出口向其他國家，提升了我國的國際影響力和經(jīng)濟(jì)效益[1]。

一、納米碳酸鈣的制備方法

1.1間歇鼓泡法

間歇鼓泡法指通過冷凍機(jī)降低石灰乳溫度，使其低于25℃，然后將碳化塔泵入，加入CO2混合氣，通過攪拌完成碳化反應(yīng)。對添加劑、攪拌速度、反應(yīng)濃度、反應(yīng)溫度等工藝條件進(jìn)行控制，對納米碳酸鈣進(jìn)行制備。間歇鼓泡法能夠生產(chǎn)普通微細(xì)碳酸鈣，缺點(diǎn)眾多，包括：工業(yè)放大困難、批次間產(chǎn)品質(zhì)量重現(xiàn)差、粒度不夠細(xì)化、不易控制等。

1.2多級噴霧碳化法

根據(jù)工藝要求濃度對精制的石灰乳懸浮液進(jìn)行配置，并將合適的添加劑加入其中，攪拌均勻之后在噴霧碳化塔霧化器泵入。因為高速旋轉(zhuǎn)作用力，產(chǎn)生的離心力會將乳液霧化，形成粒徑微細(xì)的霧滴。從塔底部通入適量并干燥的從塔底部通入CO2混合氣，利用氣體分布器的作用，在塔中均勻分散。塔內(nèi)氣體和霧滴瞬時逆向接觸，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鈣。多級噴霧碳化法制備的碳酸鈣平均粒徑在30～40nm左右，粒度均勻且細(xì)小，可對對微粒晶型進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。多級噴霧碳化法投資較小，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)能力大。

1.3噴射吸收法

噴射吸收法指降溫降塵窖氣以后，利用風(fēng)機(jī)把窖氣送入噴射碳化器中，并在其中加入石灰乳，石灰乳和窖氣在碳化器狹窄的喉管處相互剪切混合，高度分散，所以氣液接觸面積比較大。噴射吸收法有點(diǎn)眾多，例如能耗低、維修方便、碳化效率高、設(shè)備簡單、投資少等。

1.4超重力法

超重力法指通過離心力使液-固、液-液、氣-液兩相，在遠(yuǎn)超于地球重力場的超重力環(huán)境下，多孔介質(zhì)出現(xiàn)接觸流動，生成快速、巨大的相界面，顯著強(qiáng)化微觀混合率。碳酸鈣生長過程和成核過程是在在兩個反應(yīng)器中進(jìn)行，對比傳統(tǒng)碳化法使用的技術(shù)，超重力法能夠保證所有晶核具有相同的生長時間，使產(chǎn)物濃度空間均勻分布，滿足較高的產(chǎn)物過飽和度[2]。

二、納米碳酸鈣的應(yīng)用

2.1在橡膠工業(yè)中的應(yīng)用

作為橡膠工業(yè)里運(yùn)用量最大，使用時間最長的一種填充劑，碳酸鈣在橡膠領(lǐng)域具有重要作用。納米碳酸鈣特點(diǎn)包括表面改性、超純、超細(xì)，分散性良好，并存在空間立體結(jié)構(gòu)，能夠?qū)Σ牧系目估匣阅芾煨阅堋⒀a(bǔ)強(qiáng)性能進(jìn)行有效提升。橡膠工業(yè)中應(yīng)用的納米碳酸鈣需要具有易分散、表面活性化、粒子微細(xì)化。

2.2在造紙中的應(yīng)用

當(dāng)前研究表明，納米碳酸鈣融入紙張中，可以顯著改善紙張的老化情況，并且在一定程度上吸收陽光紫外線，隔離性較強(qiáng)，增加堅固性，紙張不容易泛黃。在紙張中加入納米碳酸鈣，用途很多，例如涂布顏料、填料等，顯著增加紙張的光澤度和柔軟度，改善紙張吸墨能力，提升紙張不透明度。主要在紙巾、嬰兒尿布、女性衛(wèi)生品等中有所應(yīng)用。

2.3在塑料行業(yè)中的應(yīng)用

在塑料制品中加入納米碳酸鈣可以增強(qiáng)剛性、硬度、穩(wěn)定性，對塑料的流變性能進(jìn)行顯著改善。并增強(qiáng)塑料制品的耐熱程度。普通碳酸鈣在塑料中作用有限，僅可作為填充劑，加入碳酸鈣可在一定程度上降低塑料伸長率，改變其抗張強(qiáng)度，因此納米碳酸鈣在塑料中應(yīng)用時需實施表面活化處理，從而發(fā)揮功能材料的實際效果，對塑料性能進(jìn)行改善[3]。

2.4在水性涂料中的應(yīng)用

在水性涂料中加入納米碳酸鈣，具有涂膜光滑、白度高的作用，納米碳酸鈣的空間位阻效應(yīng)能夠防止密度較大的立德粉懸浮沉降，制漆后，水性涂料遮蓋力不變，光澤度高，漆膜白度增加，因此，納米碳酸鈣廣泛使用于涂料工業(yè)領(lǐng)域中。同時，納米碳酸鈣具有“藍(lán)移”現(xiàn)象，在膠乳中加入納米碳酸鈣，可有效屏蔽涂料，起到增強(qiáng)涂料的隔熱性、防熱老化抗紫外老化的效果。

2.5?在油墨工業(yè)中的應(yīng)用

作為樹脂性油墨的一種填料，納米碳酸鈣優(yōu)勢十分顯著，例如不影響印刷油墨的干燥性能、光澤度高、適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，能夠?qū)Π嘿F的膠質(zhì)鈣起到替代作用。在高檔油墨中加入納米碳酸鈣，可對對機(jī)械的磨損顯著改善，并提升油墨的附著力，在高速印刷中具有顯著效果。納米碳酸鈣應(yīng)用于油墨中時，通常情況下需實施活化處理，晶型最好為立方形或者球形。

2.6在日化和醫(yī)藥化工行業(yè)中的應(yīng)用

在日化產(chǎn)品，例如兒童牙膏、洗面奶、香皂、高檔化妝品中應(yīng)用碳酸鈣也具有顯著效果。制藥化工中納米碳酸鈣是培養(yǎng)基中的不可缺少的鈣源添加劑和成分，作用于胃藥和止痛藥中，也存在藥理作用，并且納米碳酸鈣還能夠用于抗生素的生產(chǎn)和微生物發(fā)酵緩沖劑中[4]。

三、結(jié)語

隨著我國社會水平的不斷進(jìn)步，納米碳酸鈣行業(yè)也在迅速發(fā)展，由于該領(lǐng)域企業(yè)的整合和洗牌，其中一些不合理、比較落后的工藝技術(shù)已經(jīng)不再使用，我國在納米碳酸鈣方面沒有足夠的市場集中度，缺乏大規(guī)模的大型企業(yè)，價格惡性競爭、產(chǎn)品混亂等情況在市場上較為常見。因此，該領(lǐng)域需要順應(yīng)時代發(fā)展，集中行業(yè)分布，從而有效集中相關(guān)方面的人才和技術(shù)。希望未來行業(yè)中能夠出現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，以年銷量、年產(chǎn)量10-20 萬噸作為努力目標(biāo)，從而和其他外國企業(yè)共同競爭，同時對技術(shù)創(chuàng)新方面的投入進(jìn)行增加，并提升企業(yè)的創(chuàng)新力量和研發(fā)力量，將我國納米碳酸鈣行業(yè)的技術(shù)提升至發(fā)達(dá)國家水平，在國際市場中嶄露頭角。隨著我國社會和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，其工業(yè)技術(shù)方面的水平會慢慢趕上發(fā)達(dá)國家，因此納米碳酸鈣的在我國的潛在價值不可忽視。

參考文獻(xiàn)：

[1]武元鵬，田應(yīng)佩，羅平亞，等. 納米碳酸鈣的制備及在水基鉆井液的應(yīng)用研究[J]. 鉆井液與完井液，2019，36（4）：407-413.

[2]童鵬程，楊松偉，錢慶榮，等. 加工方式對納米碳酸鈣母料的制備及其聚乳酸復(fù)合材料性能的影響[J]. 中國塑料，2019，33（03）：72-77+90.

[3]楊雷，鄧金營，鄧長征，等. 納米碳酸鈣的合成、表面改性以及應(yīng)用[J]. 廣東化工，2019，046（005）：124-125.

[4]劉艷軍. PP/POE/納米CaCO3復(fù)合材料的制備及性能研究[J]. 山東化工，2019，48（08）：10-11.

（作者單位：廣西華納新材料科技有限公司）