碳酸鈣晶須一般是以來源廣泛、價(jià)格低廉的石灰石為原料，通過簡單工藝低溫下制成，生產(chǎn)成本低，晶須性能突出，無毒無害，是性價(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(fù)分解反應(yīng)法、尿素水解法、碳化法、碳酸氫鈣加熱分解法等。
?。?）復(fù)分解反應(yīng)法
復(fù)分解反應(yīng)法是通過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(fù)分解反應(yīng)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)：通過這種復(fù)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(yīng)物的濃度太低，因而單位時間內(nèi)碳酸鈣晶須的產(chǎn)量小。如果提高可溶性碳酸鹽的濃度，則通過復(fù)分解反應(yīng)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(yīng)物濃度的基礎(chǔ)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徑比不良或反應(yīng)時間太長等缺點(diǎn)很難實(shí)現(xiàn)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(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w作為反應(yīng)物，將其與可溶性鈣鹽進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣，在反應(yīng)過程中需要控制其反應(yīng)條件如溫度和壓力等。由于文石型碳酸鈣晶體的生長需要在較低的過飽和度進(jìn)行，因此在尿素水解法制備晶須的過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(yīng)的速率，降低體系中的碳酸鈣的過飽和度，來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(yīng)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，還存在著操作簡單、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(yīng)的條件比如在高溫高壓條件下才能制備高純度的晶須，這意味著高成本，另一方面上面綜述知道碳酸鈣晶須制備需要很長的反應(yīng)時間，生產(chǎn)周期長，同時也是提升了高溫高壓需要持續(xù)的成本，這些方面都說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分解碳酸氫鈣溶液制備碳酸鈣晶須的方法，當(dāng)然首先需要制備碳酸氫鈣溶液，然后其實(shí)升溫分解。在這個過程中，碳酸氫鈣溶液的穩(wěn)定性是最重要的因素，否則將很容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗。
特點(diǎn)：這種方法制備碳酸鈣晶須純度高，長徑比大，但是均勻性比較差，同時，反應(yīng)物的濃度太低，反應(yīng)條件苛刻，制備成本太高，因此難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。
?。?）碳化法
碳化法是將二氧化碳?xì)怏w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(wěn)定，CO2與Ca(OH)2反應(yīng)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(yīng)開始時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)在于制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低，但是其缺點(diǎn)也在于反應(yīng)物的濃度需要保證生成的碳酸鈣低的過飽和度，因而致使生產(chǎn)效率很低，且晶型控制劑的加入可能導(dǎo)致雜質(zhì)的引入，影響制備的晶須的純度，尤其當(dāng)晶型控制劑無法回收利用的情況下會導(dǎo)致環(huán)境污染及資源的浪費(fèi)。
在復(fù)分解反應(yīng)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)過程最為簡單、生產(chǎn)成本最低、性價(jià)比最高的制備方法，因此工業(yè)化生產(chǎn)正是采用碳化法來制備晶須。
2、碳酸鈣晶須主要應(yīng)用領(lǐng)域
?。?）碳酸鈣晶須在塑料中的應(yīng)用
碳酸鈣晶須具有長徑比大且晶體尺寸小的特點(diǎn)，內(nèi)部幾乎沒有位錯、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(qiáng)效果非常明顯，可以有效地提高強(qiáng)度、彈性模量等機(jī)械性能。
當(dāng)碳酸鈣晶須替代玻璃纖維填充進(jìn)尼龍材料時，所得的制品具有更好的表面光滑度，這種復(fù)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)域作為填充材料來改變材料性能以適應(yīng)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不可估量的作用。使用碳酸鈣晶須作為可降解塑料的增強(qiáng)材料不會對自然環(huán)境造成二次污染，可以有效地減少白色污染，保護(hù)環(huán)境。
?。?）碳酸鈣晶須在涂料中的應(yīng)用
在涂料工業(yè)領(lǐng)域，碳酸鈣晶須廣泛應(yīng)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(dāng)骨架，充分發(fā)揮碳酸鈣晶須優(yōu)異的機(jī)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，涂料的粘度明顯提升，觸變性、粘接強(qiáng)度與存儲穩(wěn)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(xù)性，效果非常明顯。
?。?）碳酸鈣晶須在摩擦材料中的應(yīng)用
碳酸鈣晶須作為摩擦材料的填充劑，是經(jīng)過了很長時間的實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用。碳酸鈣晶須的耐高溫性好，增強(qiáng)摩擦材料的耐磨性的效果顯著，且原料成本又低，滿足了充當(dāng)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(yīng)用。
（4）碳酸鈣晶須在造紙中的應(yīng)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?jiān)谇罢叩幕A(chǔ)上，又具備了更加良好的印刷適應(yīng)性，同時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(qiáng)度與更好的留著率。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)來說，碳酸鈣晶須不可或缺。
?。?）碳酸鈣晶須在醫(yī)學(xué)材料中的應(yīng)用
碳酸鈣晶須除了應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域外，還被普遍應(yīng)用于醫(yī)學(xué)材料。鈣元素是人體內(nèi)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。人們可以通過填充碳酸鈣晶須制備人工骨復(fù)合材料，并改善材料的力學(xué)性能。
此外，碳酸鈣晶須還被認(rèn)為是一種綠色、無毒的生物醫(yī)學(xué)興奮劑；碳酸鈣晶須在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
還被用作活性材料，制作培養(yǎng)基。因此，碳酸鈣晶須也能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域大放異彩，碳酸鈣的應(yīng)用也會促進(jìn)醫(yī)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(jié)構(gòu)醫(yī)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。
整體來看，目前國內(nèi)低端碳酸鈣產(chǎn)品市場競爭十分激烈，利潤空間有限。隨著碳酸鈣加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，碳酸鈣已由原來的單純填充劑向新型功能材料方面轉(zhuǎn)變，應(yīng)用領(lǐng)域亦越來越廣泛，碳酸鈣晶須、納米碳酸鈣等高端產(chǎn)品將是未來市場的新趨勢。
來源：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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