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納米級超細碳酸鈣生產和應用前景廣泛

納米是長度的計量單位,為1×10-10m。人工制造納米材料雖然可從幾千年前我國制造炭黑作顏料算起,但納米微粒是德國于1984年首先研制出的,開創了人類利用納米技術的先河。納米微粒是一種新物態,是物質顆粒直徑小于100nm粉粒集合體,只有在電子顯微鏡下才能觀察到其顆粒形態。

1992年,國際納米結構材料會議定義納米材料為:“兩相材料中一相的任一維尺寸在1-100nm的聚集體”。80年代由于電子能譜和掃描隧道顯微鏡的應用,納米微粒許多異常性質被發現,這才成為全球科技界和各國政府倍加關注的熱門領域。納米微粒較常規的微粒材料具有特異的物理、化學性能。短短十幾年,它已在國外的機械、電子、能源、化工、生物、建材、國防等眾多領域中獲得了廣泛的應用。

納米技術是當今世界研究和開發的熱點,但納米技術和材料在我國尚處在起步階段,大部分成果還停留在實驗室里,可以進行產業化的只有少數幾個品種,納米超細碳酸鈣就是其中一種。

碳酸鈣因具有材料來源易得、價格較低、毒性低、污染小、白度較高、填充量大及混煉加工性能好等特點,成為橡膠制品加工中用量最大的淺色填料之一。但由于受自身親水性及傳統生產工藝的局限,通常碳酸鈣產品粒子都比較粗,比表面積較小,表面缺乏活性,與聚合物復合往往只起到填充增量的作用,缺乏補強效果,不能充分發揮其應用的作用。

納米級超細碳酸鈣是80年代發展起來的一種新型超細固體材料。粒徑在1-100nm之間,由于納米級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、催化性、光熱阻和熔點等方面與常規材料相比顯示出優越的性能。將其填充在橡膠、塑料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。

納米級超細碳酸鈣不僅可增容降低成本,用于塑料、橡膠和紙張中,還具有補強作用。粒徑小于20nm的碳酸鈣產品,其補強作用與白炭黑相當,粒徑小于80nm的碳酸鈣產品,可用于汽車底盤防石擊涂料。因此,納米級超細碳酸鈣的研制開發和應用受到國內外的關注。

納米碳酸鈣與普通輕質碳酸鈣和普通重質碳酸鈣相比具有以下特點:

(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,具有類結構性,與紡錘狀的輕質碳酸鈣和無規則狀的重質碳酸鈣不同;

(4)表面經過活化處理,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。

目前,國內納米碳酸鈣的研究和生產有較大進展。   

此外,國外一些碳酸鈣生產商也看好我國市場,如西班牙的雷貝特公司同時分別與廣東湛江、南京市建材局簽訂了合資合同。同時,英國瓷士公司也已在安徽建設了2萬t/a造紙用超細碳酸鈣生產廠,并準備在寧波再建1套5萬t/a裝置。

日本早在四、五十年代就率先將納米級碳酸鈣投入工業化生產,其產品白艷華CC、CCR和DD等已成功也應用于橡膠、塑料、油墨、造紙、涂料等行業。日本在納米級超細碳酸鈣技術方面處于國際領先水平,現已有紡錘形、立方形、針形、鏈鎖形等納米級超細碳酸鈣產品及改性產品50余種。日本應用納米碳酸鈣的橡膠制品有:工業用軸封、汽車橡膠配件、耐油膠管、輸水膠管、白色膠輥、黑色膠輥、靴底、全膠鞋白幫、彩色自行車胎、紅色胎冠、白胎側、樹膠色胎側、汽車內胎(紅色、黑色)自行車胎面等。納米碳酸鈣在配方中的填充量可達100份,相當于在混煉膠中所占比例的33%,既可以單獨使用,也可以通過調整配方與其它填料并用,達到補強、增量、調色、改善加工工藝和制品性能的目的。

國內在納米碳酸鈣填充NBR、SBR的應用中做了大量工作。證明了納米碳酸鈣應用于中等丙烯腈含量耐油NBR和SSBR的可行性。納米碳酸鈣可以部分或者大部分替代面料黑和白炭黑作補強填料,具有填料大、補強和增白效果好等特點,適宜在淺色橡膠制品中推廣應用。

近年來,隨著我國橡膠、塑料制品、造紙、涂料油墨等工業的迅速發展,極大地促進了碳酸鈣的消費,特別是生產高級銅板紙、高檔油墨、汽車專用漆(底盤聚酯漆、汽車面漆等)所用的納米級超細碳酸鈣的市場需求量日益增多。而我國目前納米級超細碳酸鈣的產量仍低,且產品品種少,滿足不了市場的需求,部分產品還依賴進口。


2017年9月15日 14:10
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