碳酸鈣晶須一般是以來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的石灰石為原料，通過(guò)簡(jiǎn)單工藝低溫下制成，生產(chǎn)成本低，晶須性能突出，無(wú)毒無(wú)害，是性?xún)r(jià)比較優(yōu)一種的新型晶須材料，具有很好的發(fā)展前景。
　　
　　1、碳酸鈣晶須制備方法
　　
　　碳酸鈣晶須的主要制備方法有以下幾種：復分解反應法、尿素水解法、碳化法、碳酸氫鈣加熱分解法等。
　　
　?。?）復分解反應法
　　
　　復分解反應法是通過(guò)將可溶性的鈣鹽和碳酸鹽緩慢混合，在一定的溫度條件下，使二者緩慢發(fā)生復分解反應而生成碳酸鈣晶須。一般常用的鈣鹽是氯化鈣，碳酸鹽則是碳酸鈉或者碳酸鉀。
　　
　　特點(diǎn)：通過(guò)這種復分解法制備碳酸鈣晶須的優(yōu)點(diǎn)是所制備的晶須純度高，晶須的形態(tài)好，晶體表面光滑；缺點(diǎn)是所加反應物的濃度太低，因而單位時(shí)間內碳酸鈣晶須的產(chǎn)量小。如果提高可溶性碳酸鹽的濃度，則通過(guò)復分解反應制備的文石型碳酸鈣晶須的純度將大大降低，因此難以制備大產(chǎn)量高純度的碳酸鈣晶須。如果利用該方法制備碳酸鈣晶須，需要在提升反應物濃度的基礎上使用特定的晶形控制劑，但是制備的碳酸鈣晶須又存在長(cháng)徑比不良或反應時(shí)間太長(cháng)等缺點(diǎn)很難實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)。
　　
　?。?）尿素水解法
　　
　　尿素水解法制備碳酸鈣晶須的原理是利用尿素水解反應生成的二氧化碳氣體作為反應物，將其與可溶性鈣鹽進(jìn)行化學(xué)反應生成碳酸鈣，在反應過(guò)程中需要控制其反應條件如溫度和壓力等。由于文石型碳酸鈣晶體的生長(cháng)需要在較低的過(guò)飽和度進(jìn)行，因此在尿素水解法制備晶須的過(guò)程中需要控制尿素水解的速率，進(jìn)而控制好CO2氣體參與反應的速率，降低體系中的碳酸鈣的過(guò)飽和度，來(lái)制備純度較高的文石型晶須。尿素水解法需要控制好的反應條件最主要的便是尿素水解的速率。
　　
　　特點(diǎn)：尿素水解法通過(guò)控制尿素水解速率緩慢地釋放二氧化碳，因此制備的晶須純度比較高，還存在著(zhù)操作簡(jiǎn)單、易于制備的優(yōu)點(diǎn)。但是這種方法也存在缺點(diǎn)，一方面需要控制反應的條件比如在高溫高壓條件下才能制備高純度的晶須，這意味著(zhù)高成本，另一方面上面綜述知道碳酸鈣晶須制備需要很長(cháng)的反應時(shí)間，生產(chǎn)周期長(cháng)，同時(shí)也是提升了高溫高壓需要持續的成本，這些方面都說(shuō)明這種方法不適合工業(yè)化生產(chǎn)。
　　
　?。?）碳酸氫鈣加熱分解法
　　
　　碳酸氫鈉加熱分解法是通過(guò)分解碳酸氫鈣溶液制備碳酸鈣晶須的方法，當然首先需要制備碳酸氫鈣溶液，然后其實(shí)升溫分解。在這個(gè)過(guò)程中，碳酸氫鈣溶液的穩定性是最重要的因素，否則將很容易導致實(shí)驗的失敗。
　　
　　特點(diǎn)：這種方法制備碳酸鈣晶須純度高，長(cháng)徑比大，但是均勻性比較差，同時(shí)，反應物的濃度太低，反應條件苛刻，制備成本太高，因此難以實(shí)現工業(yè)生產(chǎn)。
　　
　?。?）碳化法
　　
　　碳化法是將二氧化碳氣體以一定的速率通入到Ca(OH)2懸濁液中制備碳酸鈣晶須的一種方法。但是由于方解石的熱力學(xué)更為穩定，CO2與Ca(OH)2反應有生成方解石相的趨勢，因此一般利用這種方法需要在碳化反應開(kāi)始時(shí)向體系中加入晶型控制劑，一般是鎂化合物和可溶性磷酸鹽作為晶型控制劑。
　　
　　特點(diǎn)：碳化法制備碳酸鈣晶須的優(yōu)點(diǎn)在于制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，但是其缺點(diǎn)也在于反應物的濃度需要保證生成的碳酸鈣低的過(guò)飽和度，因而致使生產(chǎn)效率很低，且晶型控制劑的加入可能導致雜質(zhì)的引入，影響制備的晶須的純度，尤其當晶型控制劑無(wú)法回收利用的情況下會(huì )導致環(huán)境污染及資源的浪費。
　　
　　在復分解反應法、尿素水解法、碳酸氫鈉加熱分解法、碳化法四種方法中，碳化法是生產(chǎn)過(guò)程最為簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本最低、性?xún)r(jià)比最高的制備方法，因此工業(yè)化生產(chǎn)正是采用碳化法來(lái)制備晶須。
　　
　　2、碳酸鈣晶須主要應用領(lǐng)域
　　
　?。?）碳酸鈣晶須在塑料中的應用
　　
　　碳酸鈣晶須具有長(cháng)徑比大且晶體尺寸小的特點(diǎn)，內部幾乎沒(méi)有位錯、晶界等一般晶體中存在的缺陷，力學(xué)性能接近于完整晶體，因而將其添加到塑料中強效果非常明顯，可以有效地提高強度、彈性模量等機械性能。
　　
　　當碳酸鈣晶須替代玻璃纖維填充進(jìn)尼龍材料時(shí)，所得的制品具有更好的表面光滑度，這種復合材料可用于精密塑料產(chǎn)品的制造。
　　
　　除了在工業(yè)制造領(lǐng)域作為填充材料來(lái)改變材料性能以適應生產(chǎn)外，碳酸鈣晶須在環(huán)保領(lǐng)域的可降解塑料中也起著(zhù)不可估量的作用。使用碳酸鈣晶須作為可降解塑料的增強材料不會(huì )對自然環(huán)境造成二次污染，可以有效地減少白色污染，保護環(huán)境。
　　
　?。?）碳酸鈣晶須在涂料中的應用
　　
　　在涂料工業(yè)領(lǐng)域，碳酸鈣晶須廣泛應用于水性涂料。在水性涂料中，碳酸鈣晶須由于其具有良好形態(tài)并且分散較好，可以在涂料中充當骨架，充分發(fā)揮碳酸鈣晶須優(yōu)異的機械性能。填充了碳酸鈣晶須的涂料光澤度提高，分散性變好，沉降性降低。在涂層中使用碳酸鈣晶須時(shí)，涂料的粘度明顯提升，觸變性、粘接強度與存儲穩定性也明顯提高。另外，由于碳酸鈣晶須的特性，可以在硅溶膠和乳液溶液中均勻分布，從而減少涂料的不連續性，效果非常明顯。
　　
　?。?）碳酸鈣晶須在摩擦材料中的應用
　　
　　碳酸鈣晶須作為摩擦材料的填充劑，是經(jīng)過(guò)了很長(cháng)時(shí)間的實(shí)驗與應用。碳酸鈣晶須的耐高溫性好，增強摩擦材料的耐磨性的效果顯著(zhù)，且原料成本又低，滿(mǎn)足了充當摩擦材料填充劑的需求。因此碳酸鈣晶須在摩擦材料領(lǐng)域有望代替石棉的應用。
　　
　?。?）碳酸鈣晶須在造紙中的應用
　　
　　在造紙工業(yè)中，使用顆粒狀碳酸鈣作為填充材料已經(jīng)大大提升了紙張的性能與印刷速度，而使用碳酸鈣晶須作為填充材料的紙在前者的基礎上，又具備了更加良好的印刷適應性，同時(shí)碳酸鈣晶須可以用作添加劑，生產(chǎn)高白度和更好平整度的紙張。碳酸鈣晶須由于其特殊的形態(tài)與性能，使用碳酸鈣晶須制造的紙張比使用方解石制造的紙張具有更加良好的可印刷性，更高的強度與更好的留著(zhù)率。所以由于這種優(yōu)勢，碳酸鈣晶須在造紙工業(yè)具有很好的發(fā)展前景，尤其是對一些具有不同用途與不同需求的紙張生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，碳酸鈣晶須不可或缺。
　　
　?。?）碳酸鈣晶須在醫學(xué)材料中的應用
　　
　　碳酸鈣晶須除了應用于工業(yè)制造領(lǐng)域外，還被普遍應用于醫學(xué)材料。鈣元素是人體內不可或缺的元素，通常以磷酸鈣的形式存在于人體中，是骨骼的主要成分。人們可以通過(guò)填充碳酸鈣晶須制備人工骨復合材料，并改善材料的力學(xué)性能。
　　
　　此外，碳酸鈣晶須還被認為是一種綠色、無(wú)毒的生物醫學(xué)興奮劑；碳酸鈣晶須在醫學(xué)領(lǐng)域
　　還被用作活性材料，制作培養基。因此，碳酸鈣晶須也能在醫學(xué)領(lǐng)域大放異彩，碳酸鈣的應用也會(huì )促進(jìn)醫學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。
　　
　　例如，日本Takashi Sasaki公司采用碳酸鈣晶須為核、交聯(lián)聚苯乙烯為殼的核/殼結構醫用膠。Hiroshi Urayama研究的將碳酸鈣晶須作為左旋聚丙交酯降解塑料膠囊的填充劑。
　　
　　整體來(lái)看，目前國內低端碳酸鈣產(chǎn)品市場(chǎng)競爭十分激烈，利潤空間有限。隨著(zhù)碳酸鈣加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，碳酸鈣已由原來(lái)的單純填充劑向新型功能材料方面轉變，應用領(lǐng)域亦越來(lái)越廣泛，碳酸鈣晶須、納米碳酸鈣等高端產(chǎn)品將是未來(lái)市場(chǎng)的新趨勢。
　　
　　來(lái)源：李慶蕾.碳酸鈣晶須制備工藝研究及優(yōu)化[D].浙江大學(xué),2020.
　　

 

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