納米碳酸鈣是20世紀80年代發展起來的一種新型超細固體材料。由于納米碳酸鈣粒子的超細化，其晶體結構和表面電子結構發生變化，產生了普通碳酸鈣所不具有的量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子效應，在磁性、催化劑、光熱阻和熔點等方面與常規材料相比顯示出優越的性能，又在增韌性、補強性、透明性、觸變性、流平性和消毒殺菌等方面具有特殊的性能。將其填充在橡膠中能使制品表面光艷、伸長度好、抗張力高、抗撕力強、耐彎曲、抗龜裂性能好，是優良的白色補強材料。在高級油墨、涂料中具有良好的光澤、透明、穩定、快干等特性。
碳酸鈣按平均粒徑可分為5個粒度等級：微粒（＞5um）、微粉（1－5um）、微細（0.1－1um）、超細（0.02－0.1um）、超微細（≤0.02um）。納米碳酸鈣材料是指原生粒子（一次粒子）尺寸大小在1－100nm的超細粉末碳酸鈣。
納米碳酸鈣具有以下特點：①粒子細，平均粒徑為40nm，是普通輕質碳酸鈣粒徑的數十分之一；②比表面積大，比普通輕質碳酸鈣大近8倍；③粒子晶形為立方體狀，部分連結成鏈狀，與紡綞狀的輕質碳酸鈣和無規則狀的重質碳酸鈣不同；④納米碳酸鈣經過表面活化處理后，活化率較高，具有不同的功能和用途；⑤白度較高，適宜作淺色制品，PH值呈弱堿性。
二、 納米碳酸鈣的應用
納米碳酸鈣在我國的應用起步較晚，目前主要用在橡膠、塑料、膠粘劑、油墨、油漆、特殊紙制品等行業。
1、在橡膠行業
納米碳酸鈣不僅可以替代白炭黑作為橡膠填充劑，降低成本，更能改善橡膠制品的表面色澤度，提高制品的綜合力學性能。在天然膠和合成橡膠的使用中，可使制品延伸性、抗張強度、撕裂強度等有本質性的提高，填充量較普通輕鈣提高50％以上，提高了該類產品的市場競爭力。一般在填充前用硬脂酸及其鹽類對納米碳酸鈣進行表面改性處理，這樣能改善納米碳酸鈣在橡膠中的分散性，增加橡膠和鈣粒子表面的濕潤度，進而大幅度提高納米碳酸鈣對橡膠的補強性能。按填充對象分塊狀橡膠和粉末橡膠兩種情況。為了適宜生產，橡膠行業一般選擇80-120nm、吸油值較高的納米碳酸鈣。
（1） 納米碳酸鈣／ 塊狀橡膠復合體系
納米碳酸鈣對橡膠有顯著的補強與硫化促進作用，是淺色或彩色橡膠制品的優良補強填充劑。添加納米碳酸鈣的橡膠，其硫化膠伸長率、撕裂性能、壓縮變形等性能明顯比添加普通碳酸鈣的高。在橡膠配方中，納米碳酸鈣能代替等量的普通碳酸鈣、活性碳酸鈣、重質碳酸鈣及陶土，產品的物理機械性能均有改善，特別是產品的耐磨性、致密性、抗劃痕性有明顯的提高。同時，納米碳酸鈣可代替部分白炭黑，提高性能，降低產品成本。納米碳酸鈣可以高填充量用于各類橡膠制品中，例如在天然橡膠和順丁橡膠并用輪胎胎面膠中用量可高達 60 份；在天然橡膠和丁苯橡膠并用胎側膠中用量可達30份，內胎膠中可達100份；膠管中用量可達60份；膠帶中用量可達30份；膠鞋中可達100 份；膠輥中可達80 份等。也可用于其它高性能橡膠制品和膠乳制品。
�。�2）納米碳酸鈣/ 粉末橡膠復合體系
近年來，隨著粉末橡膠的興起，對碳酸鈣/粉末橡膠復合體系的研究也逐步增多。粉末橡膠是粒徑≤1mm，流動性較好，在儲運過程中不會自粘結團的新型橡膠材料。粉末橡膠與傳統的塊狀橡膠相比，具有諸多優點。目前世界工業發達國家已用粉末橡膠部分替代塊狀橡膠。粉末橡膠的制備方法有多種，其中凝聚包覆法（或稱凝聚共沉法）因粉末化過程易控制、工藝簡便可靠而成為主要方法。凝聚包覆法的另一優點是，可以在粉末化體系中加入補強劑或填料，制成填充型粉末橡膠或粉末母煉膠。此法不但能使填料非常均勻地分散于橡膠基體中，而且能提高混煉膠的質量，縮短煉膠時間。如以高分子電解質為包覆劑，以納米碳酸鈣為填充隔離劑，金屬鹽水溶液為絮凝劑，采用凝聚共沉淀法制備出納米碳酸鈣填充粉末丁苯橡膠（PSBR）、納米碳酸鈣填充粉末丁腈橡膠（PNBR）、納米碳酸鈣填充粉末天然橡膠（PNR）等。研究表明，納米碳酸鈣填充粉末NR硫化膠的力學性能比塊狀ＮＲ與納米碳酸鈣機械混煉硫化膠有大幅度提高；納米碳酸鈣填充粉末SBR 硫化膠有良好的力學性能，納米碳酸鈣對粉末NBR有顯著的補強作用及良好的力學性能，同時納米碳酸鈣在粉末NBR中的分散性比塊狀NBR／納米碳酸鈣混煉體系有顯著改善。
橡膠行業主要由汽車輪胎、自行車胎、膠管、膠帶、膠鞋、膠布制品、密封制品、油田橡膠制品、減震隔震制品、醫療衛生制品、電子橡膠制品和日用橡膠制品等各行業組成。碳酸鈣是橡膠制品的主要填充劑之一，其用量僅次于陶土，約占橡膠耗用量的6.75%。目前在發達國家，納米碳酸鈣已在中高檔橡膠制品中得到普遍使用，在日本，占納米碳酸鈣市場銷量的46.6%。我國年耗橡膠量將近300萬噸，僅次于美國，居世界第二位，碳酸鈣年耗用量在20萬噸左右，若用納米碳酸鈣替代傳統的普通碳酸鈣，消費量相當可觀。
2、在塑料行業
一般在填充前用脂肪酸或偶聯劑對納米碳酸鈣進行表面處理。填充在 PVC、PP、PS、PE 等聚合物中，具有降低成本，提高制品剛度、耐熱性、抗老化性、電絕緣性和尺寸穩定性等優點。實踐證明，在生產PVC 管材、板材的混料中加入納米碳酸鈣，產品的抗沖擊強度和拉伸強度明顯提高，制品外觀及加工性能也得到良好的改善。納米碳酸鈣填充到ＰＥ中能顯著增加塑料韌性，如用納米碳酸鈣填充HDPE，當其質量分數為25%時，沖擊強度達到最大值，為純HDPE 的1.7 倍；當其質量分數為16%時，斷裂伸長率最大，為純HDPE的6.6倍。
在發達國家，納米碳酸鈣已在中高檔塑料制品中普遍使用，特別是在PVC電纜料中用量很大。納米碳酸鈣在我國塑料行業的應用已取得重大進展，如山東省塑料研發中心以納米碳酸鈣和聚丙烯為主要原料，采用共混技術制備上水管專用料取得了重大進展。浙江大東南塑膠集團公司開發出功能性納米透氣聚乙烯薄膜及其生產線，并投入生產，該產品采用PE／ 納米碳酸鈣復合材料，經擠出、流延、拉伸工藝制成納米級微孔透氣薄膜，具有透氣不透水的特殊功能，可用于婦女衛生巾、嬰兒尿不濕等衛生保潔用品。新疆石河子市天業塑化集團與四川大學合作研制成功納米塑料管材，這種新型滴灌輸水軟管穩定性好，使用周期長。隨著我國化學建材質量新標準的實施，塑料管材、塑鋼門窗等塑料制品對強度等性能的要求將大大提高，對納米碳酸鈣的需求也將迅速增長。納米碳酸鈣應用到各種塑料制品的技術已日臻成熟，僅我國的PVC電線電纜料一年就需求納米碳酸鈣20多萬噸。塑料行業一般選擇80-120nm、吸油值較低的納米碳酸鈣。
3、在涂料行業
應用研究表明，用納米碳酸鈣填充涂料可以使涂層具有細膩、均勻、快干、光學性能好等優點，可大量取代價格昂貴的鈦白粉，同時降低基料粘合劑的用量，成本大幅度下降，經濟效益顯著。另外，利用其存在的“藍移”現象，將其添加到膠乳中，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。納米碳酸鈣已被很多涂料生產企業成功用于開發高級納米涂料，以提高產品的技術含量。
4、在油墨行業
納米碳酸鈣用在油墨中，一般要經過活化處理，晶型為球形或立方形，用于油墨產品中體現出優異的分散性和透明性。除起到一般油墨填料的作用外，還可以提高油墨的光澤度和穩定性；所以印刷品光滑，網點完整，遮蓋力強。
5、在造紙行業
用于涂布造紙的專用納米碳酸鈣具有色澤純白、光澤度高、透明度小、折光率大、散射系數高、遮蓋力強等特點，在造紙過程中加入納米碳酸鈣可以提高紙張的不透明度和亮度，改進紙張平滑度和均勻狀態，增加紙的柔軟性、降低紙吸濕性和變形程度，改善印刷時對油墨的吸收性能，提高保留率。尤其適用于記錄紙、薄頁印刷紙、高白度銅版紙等高檔紙張的制造。
但是由于納米碳酸鈣存在顆粒表面能高、極易聚集成團、表面親水疏油、與有機物質之間沒有結合力等缺陷，增加了其實際應用難度，因此尚需進行研究和改進。
全球造紙工業的重心在向亞洲轉移，而中國則是亞洲發展潛力最大的市場。隨著國內造紙行業的施膠技術由酸性施膠向中性施膠的轉變，納米碳酸鈣將逐步取代價格較貴的高嶺土，成為高檔紙品的理想填料。在卷煙紙、雜志紙、字典紙、新聞紙、書籍紙中，碳酸鈣的填充量達5%～30%。在定量涂布紙、無光澤銅板紙等特殊紙制品中，碳酸鈣的填充量甚至高達80%以上。預計幾年后中國造紙工業將成為納米碳酸鈣的最大用戶之一。
6、在膠粘劑和密封膠行業
納米碳酸鈣以其獨有的特性被用作膠粘劑的填充劑和增強劑，極大地提高了膠粘劑的拉伸強度、抗撕裂強度、模量和硬度。適宜的粒度60-100nm。
此外，納米碳酸鈣還可用在保健品、飼料、日化（ 化妝品、香皂、洗面奶、牙膏） 、陶瓷等行業。只要控制納米碳酸鈣中鉛、砷等對人和動物有害元素的含量，納米碳酸鈣可以作為一種鈣源添加劑用于保健品與飼料工業，具有質優價廉、易于吸收等特點，目前已經在奶粉等方面進行應用研究，潛力較大。納米碳酸鈣因其純度高、白度好、粒度細，在日化產品中可以替代鈦白粉作填料。在陶瓷行業也主要用作填
料 。
三、納米碳酸鈣市場分析
納米碳酸鈣是一個很有發展前景的精細無機鹽產品。我國從20世紀80年代末實現納米碳酸鈣工業化生產以來，發展到今天總產能已達到30多萬噸。隨著應用領域的拓寬和市場的需求的擴大，每年還有10多萬噸的進口產品。從消費結構來看，30%用于橡膠、30%用于塑料制品，20%用于涂料、膠粘劑和密封膠，20%用于造紙和其它領域。
雖然我國在納米碳酸鈣生產方面已有長足的發展，但僅僅是起步階段，納米碳酸鈣在碳酸鈣總產銷量中所占份額還相當小，有其巨大的發展空間。專家預測，未來幾年我國對納米碳酸鈣的需求將以20%的速度增長。
四、 納米碳酸鈣生產原料要求
納米碳酸鈣的產品質量在很大程度上取決于原料石灰石的質量。對石灰石的基本要求如下：
CaCO3 ≥96%； MgCO3 ＜1.46%；SiO2 ＜1.5%； Al2O3 ＋Fe2O3 ＜ 0.4%
五、納米碳酸鈣的生產方法和工藝路線選擇
生產納米碳酸鈣技術的關鍵主要在碳化工序。目前國內外比較成熟的碳化方法有四種：間歇鼓泡式碳化法、間歇攪拌式碳化法、連續噴霧碳化法和間歇超重力式碳化法。四種方法從技術層面看各有千秋；從成本方面看，前兩種方法低而后兩種方法高，從投資情況來看，也是前兩種方法低而后兩種方法高。所以國內外生產納米碳酸鈣多以前兩種方法為主。不論哪種方法，只有在適宜的較低溫度下才能生產合格的納米碳酸鈣。
我們碳化工序采用的工藝方法：優化整合鼓泡式和攪拌式兩種方法的優點，避免各自的缺陷，采用“微泡鼓泡攪拌式”，可以生產粒度分布范圍較窄的納米碳酸鈣，產品重現性好，碳化時間短，二氧化碳利用率高，生產成本低。
工藝過程：石灰石煅燒、窯氣凈化、生石灰消化、陳化、碳化、增濃、活化、脫水、干燥、包裝。
優點：技術成熟，產品均勻，容易控制；投資小，成本低。
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