纳米碳酸钙基本知识.pdf

概念的引入
——纳米碳酸钙(NCC)系列知识普及-1
1、碳酸钙概况
碳酸钙是一种无机化合物,其分子式为 CaCO3,相对分子质量为
。
碳酸钙矿床有三种主要类型:石灰石、白垩、大理石,在地壳中
分布极为广泛。
碳酸钙是目前高聚物基复合材料中用量最大的无机填料。据统计
塑料制品工业中约 70%的无机填料是碳酸钙。
碳酸钙作用有:增加制品体积、降低成本,提高物理性能(如白
度、耐热性、消光性、阻燃性、尺寸稳定性),改善加工性能(如调
节粘度、流变性能、流化性能)等。纳米碳酸钙除起填充剂的作用外,
同时也对材料起补强或半补强作用。
2、碳酸钙分类
按加工方法分为轻质或沉淀碳酸钙(PCC)、重质或细磨碳酸钙
(GCC)等 2 个种类。若对轻质碳酸钙或重质碳酸钙进行表面处理,则
制得的产品称为活性碳酸钙。
按平均粒径分为微粒碳酸钙(>5μm)、微粉碳酸钙(1-5μm)、
微细碳酸钙(-1μm)、超细碳酸钙(-)、超微细碳酸钙
(≤)等 5 个粒度等级。其中,超细碳酸钙与超微细碳酸钙合
称纳米碳酸钙。目前,重质碳酸钙无法达到纳米级。
3、轻质碳酸钙生产工艺:普遍采用石灰乳碳化法,亦称 Ca(OH)2 悬
浮液碳化法。
普通轻质碳酸钙
纳米碳酸钙
4、纳米碳酸钙与普通碳酸钙的区别
项目纳米碳酸钙普通轻质碳酸钙普通重质碳酸钙
一次粒径 1-100nm 1μm-10μm >1μm
颗粒形貌可控纺锤形无规则,不可控
表面改性与否是否否
分散性分散度大较差很差
作用功能性填充剂填充剂填充剂
5、实践证明,在采用纳米碳酸钙填充改性的 PVC 管材、板材,其产
品的抗冲击强度和拉伸强度明显提高,制品外观及加工性能也得到良
好的改善。在发达国家,纳米碳酸钙已在中高档塑料制品中普遍使用。
国内主要工艺技术“流派”
——纳米碳酸钙(NCC)系列知识普及-2
由于忽视纳米碳酸钙应用工程技术的研究和开发,虽然我国纳米
碳酸钙生产技术与世界同步,也能生产出高质量的纳米碳酸钙产品,
却无法“好钢用到刀刃上”。
6、纳米材料:
必须具备两个条件,其一为粒径在 1-100nm 之间,其二为在其应用中
是因其粒径小而带来性质的改变只有在聚合物熔体中充分分散,才能
起到纳米材料的真正作用!
7、纳米碳酸钙:
碳酸钙系列产品中的高端产品。
纳米碳酸钙粒径通常在 20-100nm,包括超细碳酸钙和超微细碳酸
钙 2 种产品。目前而言,重质碳酸钙达不到纳米级别。
由于粒子的超细化,其晶体结构和表面电子结构发生了变化,表
面能高,处于热力学非稳定状态。
填充在橡胶、塑料中能使制品表面光艳,伸长度好,抗张力高,
抗撕裂强,耐弯曲,抗龟裂性能好,是优良的白色补强材料。
8、纳米碳酸钙生产工艺:
9、现阶段国内主流纳米碳酸钙工艺技术特点:
间歇式/连续鼓泡碳化法
国内目前纳米碳酸钙工业化装置中最为普遍的技术是采用两级
碳化鼓泡碳化和链带式干燥配置的工艺技术,该技术在浙江(浙江常
山金雄有限公司,华东地区最大的纳米碳酸钙生产基地, 万吨/
年。)、广东(恩平市嘉维化工实业有限公司等)、广西(原广西金
峰化工科技有限公司,现名广西华纳新材料科技有限公司)、江西、
福建已建成较多类似装置,该技术最早于 1987 年出自广东省恩平市
的广平化工,以下简称恩平工艺。
上海某大学所属国家粉体研究中心(华东理工大学国家超细粉末
工程研究中心暨上海华明高技术(集团)有限公司)于 1994~1998
年间在上海某化工厂内,自主研发由搅拌反应釜鼓泡碳化和闪蒸干燥
加粉碎解聚等配置的生产工艺,并制备出替代进口的汽车底盘漆专用
纳米碳酸钙填料,上海某公司(原上海华明超细碳酸钙有限公司,现
名上海卓越纳米新材料股份有限公司)后来成为该技术最早的实验工
厂,后来相继在上海、浙江、江苏等省市建成类似工艺装置,并全套
转让了山西(山西兰花华明纳米材料有限公司)和江西(江西华明纳
米碳酸钙有限公司)两套设备,以下简称上海技术(以低温、间歇、
搅拌为特点的间歇鼓泡搅拌碳化法。)。
北京某厂(北京密云碳酸钙厂,粒径为 40 纳米的油墨用纳米级
超细活性碳酸钙。)在油墨钙领域一枝独秀,早在 1994~1996 年间
已形成了年产 l000 吨以上的规模油墨专用纳米碳酸钙生产技术,该
技术很大程度来源于天津某研究设计院(原化学工业部天津化工研究
院,现名中海油天津化工研究设计院。)早期的实验技术,