納米碳酸鈣是指粒徑為1-100nm的功能性無機填料，廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、造紙、油墨、涂料、密封膠與膠粘劑、醫(yī)藥、牙膏、食品等領(lǐng)域。但不同應(yīng)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(yīng)用特性及指標要求。
1、納米碳酸鈣在橡膠中的應(yīng)用特性及指標要求
（1）應(yīng)用特性
納米碳酸鈣在橡膠工業(yè)中多用于內(nèi)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，還可通過改變碳酸鈣用量來調(diào)節(jié)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(yīng)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越困難，特別是80nm以下時，由于表面能的增大，在橡膠混煉時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，但必須進行良好的表面改性和分散處理，以提高其應(yīng)用效果。
表面處理：要選擇適宜的助分散劑，來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(yīng)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(yīng)用特性及指標要求
（1）應(yīng)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(wěn)定、快干等特性，還有明顯的補強作用。
利用“藍移”現(xiàn)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(yīng)用到外墻涂料中，涂層展現(xiàn)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導(dǎo)致涂膜中應(yīng)力過于集中，使樹脂產(chǎn)生裂紋，納米碳酸鈣的引入，使之與樹脂間產(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(zhuǎn)化為熱能吸收掉，從而提高韌性。
通過在傳統(tǒng)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(xiàn)不僅涂料的流變性、開罐效果得到改善，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(xiàn)的是幾何級數(shù)的增長。
納米碳酸鈣因具有良好的觸變性而應(yīng)用于汽車底盤防石擊涂料及面漆。
（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(yīng)，這樣可以保證施工噴涂過程中降低粘度，具有良好的流動性且不堵塞噴槍口。
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(jié)構(gòu)，在施工時的髙剪切速率、低粘度，有利于涂料的流動；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，同時具有較高的屈服應(yīng)力，保證PVC底盤涂料能形成一定的強度，能抵抗小的擾動和剪切應(yīng)力。
高白度：白度要求大于92%，可部分取代價格昂貴的白色顏料。
粒徑：100-200nm之間，納米碳酸鈣具有的空間位阻效應(yīng)，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(yīng)用特性及指標要求
（1）應(yīng)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(wěn)定性、硬度和剛度，改進其加工性能及散光性、抗擦傷性、平滑度等方面表現(xiàn)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、無缺口沖擊強度的增韌效果及混煉過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(wěn)定性、塑料滯熱性、高阻隔性、高阻燃窒息性等物理力學性能。
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(jié)構(gòu)缺陷，可以降低制品的表面粗糙度，減少了對光線的漫射作用，使制品表面看起來更光亮，摸起來更光滑。
（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(yīng)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，粒徑過細會造成表面能增加，顆粒團聚加強，加工過程不易分散，造成加工過程堵塞過濾網(wǎng)，表面起顆粒等現(xiàn)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。如果吸油值過高會造成制品在混煉時過多地吸收增塑劑，使體系黏度升高，影響樹脂的加工性能，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(yīng)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(yīng)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)品的實際顆粒的粒徑遠大于原生粒子的粒徑，在塑料加工時混煉剪切力有限，凝聚不容易打散，勢必引起局部缺陷，其應(yīng)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，同時要注意水分的均勻性，防止局部水分過高，如果水分過高，在加工過程中，制品表面會產(chǎn)生氣泡或空洞現(xiàn)象。
鹽酸不溶物：主要是指產(chǎn)品中的黑點、黃點等雜質(zhì)顆粒，必須嚴格進行控制，否則顆粒較多時，容易造成加工過程中擠出機過濾網(wǎng)頻繁堵塞，影響生產(chǎn)效率，有時在制品表面形成明顯的黑點，影響制品外觀質(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(yīng)盡可能的降低產(chǎn)品的pH值，并加以穩(wěn)定控制，因為pH值升高將使制品加工過程中的粘度升高，擠出速度降低，造成制品白度降低，黃度偏高，同時表面光澤度下降。
重金屬的含量：重金屬的含量越低越好，據(jù)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(yīng)用特性及指標要求
（1）應(yīng)用特性
納米碳酸鈣在油墨工業(yè)中的重要作用及其個性化要求改性納米碳酸鈣用于油墨產(chǎn)品中表現(xiàn)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(yīng)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(yīng)性。選擇的方法是將碳酸鈣與一定比例的調(diào)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(yīng)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(yīng)盡可能不含機械雜質(zhì)，鹽酸不溶物應(yīng)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。
流動性：流動性是粘度的倒數(shù)，表示油墨的稀稠程度。流動性與碳酸鈣的晶形、粒徑有關(guān)。一般粒徑越大，流動性越大。立方體、球形納米碳酸鈣一般表現(xiàn)出較大的流動性，而鏈鎖狀則通常表現(xiàn)出較小的流動度。因而碳酸鈣產(chǎn)品必須通過控制晶形、粒徑來滿足不同油墨的要求。
光澤度：光澤度是大多數(shù)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(xiàn)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(dǎo)致油墨涂層表面凹凸不平，使光線發(fā)生散射，只適用于消光型油墨的填充。
油墨種類繁多，不同類型的油墨、不同的油墨生產(chǎn)廠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，這就要求油墨專用納米碳酸鈣的性能與之相適應(yīng)，因而油墨碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)必須對該產(chǎn)品進行細分來生產(chǎn)、管理和經(jīng)營，以滿足市場的個性化要求。
5、納米碳酸鈣在密封膠與膠黏劑中的應(yīng)用特性及指標要求
（1）應(yīng)用特性
在粘膠劑、密封膠中，納米碳酸鈣屬于結(jié)構(gòu)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、撕裂強度等力學性能，通過對納米碳酸鈣晶型、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(xiàn)在3個方面：
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(yīng)與硅酮密封膠的生產(chǎn)配方、制品的加工技術(shù)及設(shè)備條件相適應(yīng)，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(yīng)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，同時會影響制品的力學性能，粒徑太細，分散難度大，捏合時間長，分散不好時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，加工過程中真空密煉時間長，動力消耗大，同時影響膠的后續(xù)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)中較常見的現(xiàn)象，存在的堿會與膠料中的酸性成分生成水，水很容易使硅氧烷水解產(chǎn)生無機顆粒，由此在膠料中形成密布的微小顆粒，并導(dǎo)致膠體穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)凝膠現(xiàn)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，也使應(yīng)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(xiàn)，碳酸鈣吸油值較高時膠的觸變性和各種力學性能均比較理想，但膠的粘性大，不易調(diào)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。當比表面積過大時，密封膠的可擠壓性顯得較差，抗拉力性隨著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(yīng)用于膠粘劑和密封膠中時，追求比較適中的比表面積。
篩余物：篩余物應(yīng)小于0.15%（45μm篩）。篩余物過高是制品產(chǎn)生表面顆粒的主要原因。
6、納米碳酸鈣在造紙中的應(yīng)用特性及指標要求
（1）應(yīng)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(wèi)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自形態(tài)和長徑比，后者主要來自絡(luò)合體內(nèi)孔隙結(jié)構(gòu)特性。
長徑比：長徑比是指單一粒子的長度與直徑之比。紡錘狀、柱狀和針狀均屬于大長徑比晶形，其長徑比一般為（4~7）:1，大長徑比PCC用于紙張?zhí)盍?，碳酸鈣單晶與紙張纖維之間結(jié)合時容易產(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徑比，二者的長徑比分別為:（2~3）:1，（1~2）:1；而片狀體通常用徑厚比來描述，一般為（6~14）:1，小長徑比PCC，只適用于紙張涂料，表現(xiàn)出良好的涂層光澤。
多聚體PCC：也稱絡(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(xiàn)為：粒子之間構(gòu)成的髙孔隙率、髙分散系數(shù)、高吸油值（吸附性）和低的堆積密度值。在相同填料保留率時，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(yīng)是加填紙張的強度和施膠度稍低，其次是用于涂料時黏度較大、表面強度較低。因此，絡(luò)合體PCC很少單獨用于造紙涂料，往往是與其它小長徑比PCC混配使用。
粒子表觀形狀：任何形態(tài)PCC都要求晶形規(guī)則、完整、一致、邊緣平滑無殘缺；聚合體集聚粒子間不粘連；菊花狀的單晶粒子個數(shù)相近，開啟度大小近似，單晶端部呈尖峰；紡錘狀、針狀呈尖峰。
表觀孔隙與孔隙率：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(shù)。
結(jié)語
中國的經(jīng)濟和社會在持續(xù)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越小，有足夠的理由認為中國的納米碳酸鈣行業(yè)會趕上并趕超世界發(fā)達國家。從事納米級材料的研究者和生產(chǎn)企業(yè)均應(yīng)在納米級無機粉體材料的應(yīng)用性能上下功夫，開發(fā)出功能性、專用納米級無機功能材料。
納米碳酸鈣產(chǎn)業(yè)鏈涉及原料、生產(chǎn)和應(yīng)用等行業(yè)企業(yè)較多，要想實現(xiàn)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，只有滿足各產(chǎn)業(yè)間的供需要求，擴大市場，才能實現(xiàn)共贏。
來源：納米碳酸鈣的應(yīng)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)
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