納米碳酸鈣是指粒徑為1-100nm的功能性無(wú)機填料，廣泛應用于橡膠、塑料、造紙、油墨、涂料、密封膠與膠粘劑、醫藥、牙膏、食品等領(lǐng)域。但不同應用對納米碳酸鈣的粒級、晶形、吸油值、分散性等要求亦有所不同，今天粉體技術(shù)網(wǎng)就與大家分享一下納米碳酸鈣在不同領(lǐng)域的應用特性及指標要求。
 

1、納米碳酸鈣在橡膠中的應用特性及指標要求

（1）應用特性

　　納米碳酸鈣在橡膠工業(yè)中多用于內胎和外胎的特殊部位、膠帶、膠管、膠鞋和膠布等橡膠制品。
　　添加了納米碳酸鈣的橡膠產(chǎn)品其硫化膠拉長(cháng)率、抗撕裂性能、壓縮變形和耐屈撓性能，都明顯好于添加一般碳酸鈣的產(chǎn)品，其價(jià)格要明顯低于添加白炭黑的產(chǎn)品，而性能與后者相當。在硫化橡膠中，還可通過(guò)改變碳酸鈣用量來(lái)調節產(chǎn)品的硬度。
 

（2）指標要求
 

▼橡膠用納米碳酸鈣推薦指標

 

　　晶型：在不同晶形的納米碳酸鈣中，以鏈鎖狀納米碳酸鈣對橡膠的補強效果最好，其次是立方體型納米碳酸鈣。
 

 
▲鏈鎖狀納米碳酸鈣
 

　　粒徑：立方體型納米碳酸鈣以80~120nm為宜，納米碳酸鈣在橡膠中的應用，顆粒越細，與橡膠互相浸潤的比表面積越大，以致使碳酸鈣顆粒分散越來(lái)越困難，特別是80nm以下時(shí)，由于表面能的增大，在橡膠混煉時(shí)容易生熱而引起粘混。
　　鏈鎖狀納米碳酸鈣的短徑以10~30nm之間為宜，但必須進(jìn)行良好的表面改性和分散處理，以提高其應用效果。
　　表面處理：要選擇適宜的助分散劑，來(lái)提高共混及分散效果。
　　吸油值：橡膠用納米碳酸鈣的吸油值越高，碳酸鈣對橡膠的浸潤性和補強性越好。
　　水分：作為橡膠用填充劑，納米碳酸鈣的水分含量越低越好，一般要求小于0.5%。
　　其他：納米碳酸鈣產(chǎn)品應用于橡膠中對其鹽酸不溶物、重金屬含量和pH值等方面指標要求不高。

2、納米碳酸鈣在涂料中的應用特性及指標要求
 

（1）應用特性

　　納米碳酸鈣在涂料中不僅可以作為優(yōu)質(zhì)增白的顏料，降低成本，提高涂料油漆的光澤度，干燥性和遮蓋力，及賦予涂料透明、穩定、快干等特性，還有明顯的補強作用。
　　利用“藍移”現象，將其添加到乳膠中，能對涂料形成屏蔽作用，達到抗紫外老化和防熱老化的目的，增加涂料的隔熱性。納米碳酸鈣作為填料，填充到涂料中可以大大提高其柔韌性、硬度、流平性、漆膜的沉積性和滲透性。
　　外墻涂料：將納米碳酸鈣應用到外墻涂料中，涂層展現強烈的“疏水性”，涂層的抗裂強度、耐污染性均得到增強。
　　水性乳膠涂料：一般乳膠漆配方中，均含有一定量的剛性顆粒，有的配方中含量還相當大，這些剛性粒子的存在會(huì )導致涂膜中應力過(guò)于集中，使樹(shù)脂產(chǎn)生裂紋，納米碳酸鈣的引入，使之與樹(shù)脂間產(chǎn)生更多的接觸幾率，產(chǎn)生更多的微裂紋并引起彈性形變，將更多的沖擊能量轉化為熱能吸收掉，從而提高韌性。
　　通過(guò)在傳統的乳膠漆中添加顏填料量2%-5%的經(jīng)特殊聚合物表面處理的納米碳酸鈣，發(fā)現不僅涂料的流變性、開(kāi)罐效果得到改善，更為驚訝的是耐水性、耐洗刷性、硬度均得到大幅度的提高，且耐洗刷性的增加呈現的是幾何級數的增長(cháng)。
　　納米碳酸鈣因具有良好的觸變性而應用于汽車(chē)底盤(pán)防石擊涂料及面漆。
 
（2）指標要求
 

▼涂料用納米碳酸鈣推薦指標

 
　　晶型：一般為立方體形或紡錘形，有良好的剪切稀化效應，這樣可以保證施工噴涂過(guò)程中降低粘度，具有良好的流動(dòng)性且不堵塞噴槍口。
　　分散處理：良好的分散性和良好的觸變性能，納米活性碳酸鈣能夠促使體系產(chǎn)生觸變結構，在施工時(shí)的髙剪切速率、低粘度，有利于涂料的流動(dòng)；在施工前后的低剪切速率下，粘度回髙可防止沾降和流掛。
　　表面活化處理：使之具有較低的比表面能和較低的吸油值，同時(shí)具有較高的屈服應力，保證PVC底盤(pán)涂料能形成一定的強度，能抵抗小的擾動(dòng)和剪切應力。
　　高白度：白度要求大于92%，可部分取代價(jià)格昂貴的白色顏料。
　　粒徑：100-200nm之間，納米碳酸鈣具有的空間位阻效應，在制水性乳膠漆中，能使配方中密度較大的立德粉和鈦白粉懸浮，起到防沉降的作用
 
3、納米碳酸鈣在塑料中的應用特性及指標要求
 
（1）應用特性
 
　　一是改性納米碳酸鈣以其獨特的功能性作用，在提高塑料制品的耐熱性、致密性、穩定性、硬度和剛度，改進(jìn)其加工性能及散光性、抗擦傷性、平滑度等方面表現出優(yōu)異的性能；
　　二是在提高塑料薄膜的透明度、竊性、防水性、抗老化性、缺口抗沖擊強度、無(wú)缺口沖擊強度的增韌效果及混煉過(guò)程中的粘流性等方面，也都具有明顯的效果；
　　三是納米碳酸鈣還可以提高塑料的彎曲強度、彎曲彈性模量、熱變形溫度、尺寸穩定性、塑料滯熱性、高阻隔性、高阻燃窒息性等物理力學(xué)性能。
　　四是改性納米碳酸鈣在體系中良好的分散，其納米粒子可以更好地填充體系中的物理結構缺陷，可以降低制品的表面粗糙度，減少了對光線(xiàn)的漫射作用，使制品表面看起來(lái)更光亮，摸起來(lái)更光滑。
 
（2）指標要求
 

▼塑料用納米碳酸鈣推薦指標

　　
　　晶型：以吸油值較低的立方體，或立方體部分呈鏈鎖狀和球形為宜。
 

▲立方形納米碳酸鈣

　　粒徑：—般應控制在80~120nm，粒徑太大起不到納米碳酸鈣的效果，制品表面粗糙、不光滑，粒徑過(guò)細會(huì )造成表面能增加，顆粒團聚加強，加工過(guò)程不易分散，造成加工過(guò)程堵塞過(guò)濾網(wǎng)，表面起顆粒等現象。
　　吸油值：吸油值越低越好，因為納米碳酸鈣產(chǎn)品的比表面積較普通輕鈣大，一般為25~80m2/g左右。如果吸油值過(guò)高會(huì )造成制品在混煉時(shí)過(guò)多地吸收增塑劑，使體系黏度升高，影響樹(shù)脂的加工性能，增加增塑劑的用量，因此降低納米碳酸鈣吸油值，成為提高其應用性能的關(guān)鍵。
　　分散性：用于塑料填充的納米碳酸鈣，要選用合適的表面處理劑和相應的活化方式，以提高產(chǎn)品的分散性，防止二次凝聚。否則，如果顆粒凝聚，碳酸鈣產(chǎn)品的實(shí)際顆粒的粒徑遠大于原生粒子的粒徑，在塑料加工時(shí)混煉剪切力有限，凝聚不容易打散，勢必引起局部缺陷，其應用效果反而不如普通活性碳酸鈣好。
　　水分：一般控制在0.5%以下，同時(shí)要注意水分的均勻性，防止局部水分過(guò)高，如果水分過(guò)高，在加工過(guò)程中，制品表面會(huì )產(chǎn)生氣泡或空洞現象。
　　鹽酸不溶物：主要是指產(chǎn)品中的黑點(diǎn)、黃點(diǎn)等雜質(zhì)顆粒，必須嚴格進(jìn)行控制，否則顆粒較多時(shí)，容易造成加工過(guò)程中擠出機過(guò)濾網(wǎng)頻繁堵塞，影響生產(chǎn)效率，有時(shí)在制品表面形成明顯的黑點(diǎn)，影響制品外觀(guān)質(zhì)量；含鐵的細小顆粒有可能使制品的黃度升高、白度降低，用于淺色制品的納米碳酸鈣要特別注意。
　　pH值：應盡可能的降低產(chǎn)品的pH值，并加以穩定控制，因為pH值升高將使制品加工過(guò)程中的粘度升高，擠出速度降低，造成制品白度降低，黃度偏高，同時(shí)表面光澤度下降。
　　重金屬的含量：重金屬的含量越低越好，據研究表明：錳、鉻等金屬化合物對某些塑料的降解具有催化作用，從而使制品耐候性差，易于老化。
 
4、納米碳酸鈣在油墨中的應用特性及指標要求
 

（1）應用特性

　　納米碳酸鈣在油墨工業(yè)中的重要作用及其個(gè)性化要求改性納米碳酸鈣用于油墨產(chǎn)品中表現出優(yōu)異的分散性、透明性、極好的光澤和遮蓋力，以及優(yōu)異的油墨吸收性和干燥性。
　　一般碳酸鈣在油墨中的填充量為3%-10%，要求必須經(jīng)過(guò)活化處理，晶形為球形或立方形。
 
（2）指標要求
 

▼膠印油墨用納米碳酸鈣推薦指標

 
　　白度：一般應大于80即可，白度太高反而將影響其對顏料的遮蓋力。
　　透明度：透明度與粒徑、晶形、產(chǎn)品的分散性等有關(guān)，一般粒徑越小，透明度越高，油墨用納米碳酸鈣一般選擇透明度不是最大的那一種，有較好的印刷適應性。選擇的方法是將碳酸鈣與一定比例的調墨油研磨后，所得到的膏狀物不帶灰色為宜。
　　細度：細度是反應納米碳酸鈣及其他顏料的研磨程度和分散狀況的指標，碳酸鈣應盡可能不含機械雜質(zhì)，鹽酸不溶物應越低越好，粒徑在30-60nm，且分散良好。
　　粘度：粘度與納米碳酸鈣的用量、分散性和粒徑有關(guān)。對于同一種連接料而言，填充越多，制成油墨的粘度越大；碳酸鈣在連接料中的分散性好，油墨的粘度小。
　　流動(dòng)性：流動(dòng)性是粘度的倒數，表示油墨的稀稠程度。流動(dòng)性與碳酸鈣的晶形、粒徑有關(guān)。一般粒徑越大，流動(dòng)性越大。立方體、球形納米碳酸鈣一般表現出較大的流動(dòng)性，而鏈鎖狀則通常表現出較小的流動(dòng)度。因而碳酸鈣產(chǎn)品必須通過(guò)控制晶形、粒徑來(lái)滿(mǎn)足不同油墨的要求。
　　光澤度：光澤度是大多數油墨的一項主要特性指標，影響因素很多，但納米碳酸鈣的晶形及粒徑分布對光澤度的影響較大。立方體晶形表現出優(yōu)良的光澤特性，其粒徑分布范圍窄，在油墨涂層中排列整齊，使印刷品表面平整光滑，產(chǎn)生良好的光澤。而鏈鎖狀或棒狀碳酸鈣在油墨中填充，導致油墨涂層表面凹凸不平，使光線(xiàn)發(fā)生散射，只適用于消光型油墨的填充。
　　油墨種類(lèi)繁多，不同類(lèi)型的油墨、不同的油墨生產(chǎn)廠(chǎng)家對納米碳酸鈣各項性能有不同的要求，油墨制造商對自身的產(chǎn)品在透明度、光澤度、流動(dòng)度、細度、遮蓋力和干燥性等方面各有所偏重，這就要求油墨專(zhuān)用納米碳酸鈣的性能與之相適應，因而油墨碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)必須對該產(chǎn)品進(jìn)行細分來(lái)生產(chǎn)、管理和經(jīng)營(yíng)，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的個(gè)性化要求。
 
5、納米碳酸鈣在密封膠與膠黏劑中的應用特性及指標要求

（1）應用特性

　　在粘膠劑、密封膠中，納米碳酸鈣屬于結構和增強型填充劑，極大地提高了膠的粘合性、拉伸強度、模量和硬度。納米碳酸鈣作為硅酮密封膠的填充劑、增強劑，可以大大地降低制品的成本，改善制品的加工性能，極大地提髙膠的拉伸強度、撕裂強度等力學(xué)性能，通過(guò)對納米碳酸鈣晶型、粒徑及表面處理的控制，從而使制品獲得優(yōu)良的觸變性能和抗流掛性能。
　　納米碳酸鈣作為填充劑在密封膠中的作用主要體現在3個(gè)方面：
　　一是填充劑與膠體的摻合作用；
　　二是填充劑對觸變性能的影響；
　　三是對密封膠的增強作用。

（2）指標要求
 

▼粘膠劑、密封膠工業(yè)用納米碳酸鈣技術(shù)指標要求

 
　　晶型：納米碳酸鈣的晶型應與硅酮密封膠的生產(chǎn)配方、制品的加工技術(shù)及設備條件相適應，一般地講，立方體、菱形六面體、立方體部分呈鏈鎖狀晶型的適應性比較廣泛。
　　粒徑：以60~100nm為宜。粒徑太大，膠的觸變性能差，易流掛，同時(shí)會(huì )影響制品的力學(xué)性能，粒徑太細，分散難度大，捏合時(shí)間長(cháng)，分散不好時(shí)容易引起膠的表面粗糙。
　　水分：作為密封膠填充劑，納米碳酸鈣的水分含量越低越好，一般要求小于0.5%。水分太髙，加工過(guò)程中真空密煉時(shí)間長(cháng)，動(dòng)力消耗大，同時(shí)影響膠的后續工序質(zhì)量；水分還可能使配方中的某些成分水解而產(chǎn)生無(wú)機顆粒，從而影響填料在膠中的摻合或產(chǎn)生顆粒等。
　　pH值：pH值越低越好，碳酸鈣返堿是輕鈣生產(chǎn)中較常見(jiàn)的現象，存在的堿會(huì )與膠料中的酸性成分生成水，水很容易使硅氧烷水解產(chǎn)生無(wú)機顆粒，由此在膠料中形成密布的微小顆粒，并導致膠體穩定性下降，出現凝膠現象，從而影響制品的表面性能。
　　表面處理：納米碳酸鈣改性效果的好壞將影響其顆粒對膠體的摻合作用，影響膠體的觸變性，改性效果好將使納米碳酸鈣在聚合物中具有良好的親和性，同時(shí)，也使應用納米碳酸鈣作填充劑的密封膠具有觸變性能。
　　吸油值：吸油值是密封膠專(zhuān)用碳酸鈣的一項非常重要的指標，是影響碳酸鈣在膠中浸潤性的因素。配膠后可發(fā)現，碳酸鈣吸油值較高時(shí)膠的觸變性和各種力學(xué)性能均比較理想，但膠的粘性大，不易調整。
　　比表面積：膠粘劑和密封膠中對納米碳酸鈣的比表面積以20-25m2/g為最佳，可以獲得最理想的抗坍落度和可擠壓性。當比表面積過(guò)大時(shí)，密封膠的可擠壓性顯得較差，抗拉力性隨著(zhù)比表面積的增加而增大，但分散性能卻下降，因此，納米碳酸鈣應用于膠粘劑和密封膠中時(shí)，追求比較適中的比表面積。
　　篩余物：篩余物應小于0.15%（45μm篩）。篩余物過(guò)高是制品產(chǎn)生表面顆粒的主要原因。
 
6、納米碳酸鈣在造紙中的應用特性及指標要求

（1）應用特性
 
　　在造紙領(lǐng)域，目前納米碳酸鈣主要用于特殊紙制品，如尿不濕、衛生巾等。
　　一是納米碳酸鈣粒度細小、均勻、對紙機的磨損小，并使生產(chǎn)的紙制品更加均勻、平整；
　　二是高避光性、高亮度可提高紙品的白度和避光性；
　　三是高膨脹性能使造紙廠(chǎng)使用更多的填料而少用紙漿，大幅度降低原材料成本；
　　四是高吸油值能提高彩色紙的顏料牢固性，還賦予紙張良好的折曲性、柔軟性，以及對油墨和水良好的吸收性。
　　在造紙涂料方面，納米碳酸鈣一般只用在定量涂布紙、無(wú)光澤銅板紙等特殊制品中，其用量甚至可高達80%。由于自身白度髙、比表面積大、表面活性高、強度和硬度高，所以納米碳酸鈣能對涂布紙的質(zhì)量提高有所幫助。通過(guò)對涂料里加入納米碳酸鈣，可以得到高光澤度、高白度、高表面強度和高油墨吸收性的涂布紙，并改善紙的平滑度。

（2）指標要求

　　晶體形態(tài)：PCC晶體形態(tài)是影響造紙生產(chǎn)操作性、涂料性能、紙張質(zhì)量等諸方面中最重要的影響因素之一。各種形態(tài)的PCC大體可分為單一晶體粒子和聚合體兩種存在形式，前者對造紙的影響主要來(lái)自形態(tài)和長(cháng)徑比，后者主要來(lái)自絡(luò )合體內孔隙結構特性。
　　長(cháng)徑比：長(cháng)徑比是指單一粒子的長(cháng)度與直徑之比。紡錘狀、柱狀和針狀均屬于大長(cháng)徑比晶形，其長(cháng)徑比一般為（4~7）:1，大長(cháng)徑比PCC用于紙張填料，碳酸鈣單晶與紙張纖維之間結合時(shí)容易產(chǎn)生搭橋作用，使纖維膨起，形成均勻孔隙，對提髙成紙的透氣度、厚度、不透明度、挺度、減小兩面差，以及獲得較高的填料保留率等都是有利的。
　　米粒狀和菱形立方體屬于小長(cháng)徑比，二者的長(cháng)徑比分別為:（2~3）:1，（1~2）:1；而片狀體通常用徑厚比來(lái)描述，一般為（6~14）:1，小長(cháng)徑比PCC，只適用于紙張涂料，表現出良好的涂層光澤。
　　多聚體PCC：也稱(chēng)絡(luò )合體PCC，一般由針狀、極細球狀、立方體、米粒狀等單體聚合而成，如菊花狀。其主要物理特性表現為：粒子之間構成的髙孔隙率、髙分散系數、高吸油值（吸附性）和低的堆積密度值。在相同填料保留率時(shí)，有利于提高加填紙張的不透明度、松厚度、挺度、壓光紙平滑度、透氣性和油墨吸收性。
　　其主要負面效應是加填紙張的強度和施膠度稍低，其次是用于涂料時(shí)黏度較大、表面強度較低。因此，絡(luò )合體PCC很少單獨用于造紙涂料，往往是與其它小長(cháng)徑比PCC混配使用。
　　粒子表觀(guān)形狀：任何形態(tài)PCC都要求晶形規則、完整、一致、邊緣平滑無(wú)殘缺；聚合體集聚粒子間不粘連；菊花狀的單晶粒子個(gè)數相近，開(kāi)啟度大小近似，單晶端部呈尖峰；紡錘狀、針狀呈尖峰。
　　表觀(guān)孔隙與孔隙率：PCC表面具有細小的孔隙，品質(zhì)優(yōu)良的PCC的微觀(guān)孔隙細小均一，使同一形態(tài)和粒徑的PCC具有更大的比表面積，以及髙的吸油值和散光系數。
 
結語(yǔ)
 
　　中國的經(jīng)濟和社會(huì )在持續高速發(fā)展，工業(yè)技術(shù)等方面和發(fā)達國家之間的差距越來(lái)越小，有足夠的理由認為中國的納米碳酸鈣行業(yè)會(huì )趕上并趕超世界發(fā)達國家。從事納米級材料的研究者和生產(chǎn)企業(yè)均應在納米級無(wú)機粉體材料的應用性能上下功夫，開(kāi)發(fā)出功能性、專(zhuān)用納米級無(wú)機功能材料。
　　納米碳酸鈣產(chǎn)業(yè)鏈涉及原料、生產(chǎn)和應用等行業(yè)企業(yè)較多，要想實(shí)現產(chǎn)業(yè)鏈的融合，相關(guān)企業(yè)之間的技術(shù)交流與創(chuàng )新至關(guān)重要，只有滿(mǎn)足各產(chǎn)業(yè)間的供需要求，擴大市場(chǎng)，才能實(shí)現共贏(yíng)。
 
來(lái)源：納米碳酸鈣的應用技術(shù)，作者：顏鑫等；《GB/T 19590-2011 納米碳酸鈣》
編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)
 

2018年碳酸鈣精細加工應用技術(shù)提升及實(shí)操培訓班
2018年11月6日-8日 廣西賀州　　
 

　　培訓大綱：
　　1、碳酸鈣粉體清潔生產(chǎn)技術(shù)
　　2、碳酸鈣粉體精細加工制備技術(shù)
　　3、碳酸鈣粉體表面改性技術(shù)開(kāi)發(fā)與應用
　　4、碳酸鈣粉體在有機聚合物材料中的應用技術(shù)
　　5、碳酸鈣精細加工技術(shù)實(shí)操
 

培訓咨詢(xún)和交流：18301216601（微信同號）