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纳米碳酸钙的制备及运用分析

刘剑锋
【摘  要】作为新兴无机纳米材料，纳米碳酸钙在众多领域具有广泛应用，如食品、医药、密封材料、胶黏剂、日用化工、造纸、油墨、橡胶等。本文对纳米碳酸钙的制备方法和运用进行讲述，提升纳米碳酸钙工艺技术，展望其潜在的价值。
【关键词】运用;制备;纳米碳酸钙
前言：
纳米碳酸钙平均粒子直径在40nm左右，又被称为超微细碳酸钙。通常情况下，工艺实验室制备超细碳酸钙有三种途径，分别为微乳法、复分解法、碳化法，其中碳化法为工业用法。九十年代初，我国超细化活性轻质碳酸钙整体质量不高，这是因为国内产品的粒度分布更宽，没有平均粒度相同但分布较窄的外国产品质量好，并且轻质碳酸钙平均粒度为150～500nm，相对比较大。陈建峰教授应用超重力构建3000t/aCaCO 3粉末工业生产线，显著提升了超细化活性轻质碳酸钙质量，并出口向其他国家，提升了我国的国际影响力和经济效益[1]。
一、纳米碳酸钙的制备方法
1.1间歇鼓泡法
间歇鼓泡法指通过冷冻机降低石灰乳温度，使其低于25℃，然后将碳化塔泵入，加入CO2混合气，通过搅拌完成碳化反应。对添加剂、搅拌速度、反应浓度、反应温度等工艺条件进行控制，对纳米碳酸钙进行制备。间歇鼓泡法能够生产普通微细碳酸钙，缺点众多，包括：工业放大困难、批次间产品质量重现差、粒度不够细化、不易控制等。
1.2多级喷雾碳化法
根据工艺要求浓度对精制的石灰乳悬浮液进行配置，并将合适的添加剂加入其中，搅拌均匀之后在喷雾碳化塔雾化器泵入。因为高速旋转作用力，产生的离心力会将乳液雾化，形成粒径微细的雾滴。从塔底部通入适量并干燥的从塔底部通入CO2混合气，利用气体分布器的作用，在塔中均匀分散。塔内气体和雾滴瞬时逆向接触，经化学反应后生成碳酸钙。多级喷雾碳化法制备的碳酸钙平均粒径在30～40nm左右，粒度均匀且细小，可对对微粒晶型进行控制和调节。多级喷雾碳化法投资较小，能耗低，产品质量稳定，生产能力大。
1.3喷射吸收法
喷射吸收法指降温降尘窖气以后，利用风机把窖气送入喷射碳化器中，并在其中加入石灰乳，石灰乳和窖气在碳化器狭窄的喉管处相互剪切混合，高度分散，所以气液接触面积比较大。喷射吸收法有点众多，例如能耗低、维修方便、碳化效率高、设备简单、投资少等。
1.4超重力法
超重力法指通过离心力使液-固、液-液、气-液两相，在远超于地球重力场的超重力环境下，多孔介质出现接触流动，生成快速、巨大的相界面，显著强化微观混合率。碳酸钙生长过程和成核过程是在在两个反应器中进行，对比传统碳化法使用的技术，超重力法能够保证所有晶核具有相同的生长时间，使产物浓度空间均匀分布，满足较高的产物过饱和度[2]。
二、纳米碳酸钙的应用
2.1在橡胶工业中的应用
作为橡胶工业里运用量最大，使用时间最长的一种填充剂，碳酸钙在橡胶领域具有重要作用。纳米碳酸钙特点包括表面改性、超纯、超细，分散性良好，并存在空间立体结构，能够对材料的抗老化性能拉伸性能、補强性能进行有效提升。橡胶工业中应用的纳米碳酸钙需要具有易分散、表面活性化、粒子微细化。
2.2在造纸中的应用
当前研究表明，纳米碳酸钙融入纸张中，可以显著改善纸张的老化情况，并且在一定程度上吸收阳光紫外线，隔离性较强，增加坚固性，纸张不容易泛黄。在纸张中加入纳米碳酸钙，用途很多，例如涂布颜料、填料等，显著增加纸张的光泽度和柔软度，改善纸张吸墨能力，提升纸张不透明度。主要在纸巾、婴儿尿布、女性卫生品等中有所应用。
2.3在塑料行业中的应用
在塑料制品中加入纳米碳酸钙可以增强刚性、硬度、稳定性，对塑料的流变性能进行显著改善。并增强塑料制品的耐热程度。普通碳酸钙在塑料中作用有限，仅可作为填充剂，加入碳酸钙可在一定程度上降低塑料伸长率，改变其抗张强度，因此纳米碳酸钙在塑料中应用时需实施表面活化处理，从而发挥功能材料的实际效果，对塑料性能进行改善[3]。
2.4在水性涂料中的应用
在水性涂料中加入纳米碳酸钙，具有涂膜光滑、白度高的作用，纳米碳酸钙的空间位阻效应能够防止密度较大的立德粉悬浮沉降，制漆后，水性涂料遮盖力不变，光泽度高，漆膜白度增加，因此，纳米碳酸钙广泛使用于涂料工业领域中。同时，纳米碳酸钙具有“蓝移”现象，在胶乳中加入纳米碳酸钙，可有效屏蔽涂料，起到增强涂料的隔热性、防热老化抗紫外老化的效果。
2.5 在油墨工业中的应用
作为树脂性油墨的一种填料，纳米碳酸钙优势十分显著，例如不影响印刷油墨的干燥性能、光泽度高、适应性强、稳定性好，能够对昂贵的胶质钙起到替代作用。在高档油墨中加入纳米碳酸钙，可对对机械的磨损显著改善，并提升油墨的附着力，在高速印刷中具有显著效果。纳米碳酸钙应用于油墨中时，通常情况下需实施活化处理，晶型最好为立方形或者球形。
2.6在日化和医药化工行业中的应用
在日化产品，例如儿童牙膏、洗面奶、香皂、高档化妆品中应用碳酸钙也具有显著效果。制药化工中纳米碳酸钙是培养基中的不可缺少的钙源添加剂和成分，作用于胃药和止痛药中，也存在药理作用，并且纳米碳酸钙还能够用于抗生素的生产和微生物发酵缓冲剂中[4]。
三、结语
随着我国社会水平的不断进步，纳米碳酸钙行业也在迅速发展，由于该领域企业的整合和洗牌，其中一些不合理、比较落后的工艺技术已经不再使用，我国在纳米碳酸钙方面没有足够的市场集中度，缺乏大规模的大型企业，价格恶性竞争、产品混乱等情况在市场上较为常见。因此，该领域需要顺应时代发展，集中行业分布，从而有效集中相关方面的人才和技术。希望未来行业中能够出现领导企业，以年销量、年产量10-20 万吨作为努力目标，从而和其他外国企业共同竞争，同时对技术创新方面的投入进行增加，并提升企业的创新力量和研发力量，将我国纳米碳酸钙行业的技术提升至发达国家水平，在国际市场中崭露头角。随着我国社会和经济的高速发展，其工业技术方面的水平会慢慢赶上发达国家，因此纳米碳酸钙的在我国的潜在价值不可忽视。
参考文献：
[1]武元鹏，田应佩，罗平亚，等. 纳米碳酸钙的制备及在水基钻井液的应用研究[J]. 钻井液与完井液，2019，36（4）：407-413.
[2]童鹏程，杨松伟，钱庆荣，等. 加工方式对纳米碳酸钙母料的制备及其聚乳酸复合材料性能的影响[J]. 中国塑料，2019，33（03）：72-77+90.
[3]杨雷，邓金营，邓长征，等. 纳米碳酸钙的合成、表面改性以及应用[J]. 广东化工，2019，046（005）：124-125.
[4]刘艳军. PP/POE/纳米CaCO3复合材料的制备及性能研究[J]. 山东化工，2019，48（08）：10-11.
（作者单位：广西华纳新材料科技有限公司）

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