固-納米CaCO3的制備及其原位表面包覆改性技術(shù).doc

納米CaCO3的制備及其原位表面包覆改性技術(shù)一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介碳酸鈣是一種用量最大、用途最廣的無(wú)機(jī)填料，由于其原料廣、價(jià)格低、無(wú)毒性、白度高，得到了廣泛的應(yīng)用。但因普通碳酸鈣屬于低檔產(chǎn)品，對(duì)制品的性能提高有限，因此制品的附加值低。納米碳酸鈣是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型超細(xì)化固體材料，是以非金屬礦石灰石為原料、采用納米粉體合成技術(shù)沉淀法制備的重要無(wú)機(jī)鹽新產(chǎn)品。其粒徑在1100 nm之間，粒徑小，活性好，是一種新型高檔功能性無(wú)機(jī)材料。近年來(lái)，隨著碳酸鈣的超細(xì)化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化及表面改性技術(shù)的發(fā)展，它的應(yīng)用價(jià)值得到了極大地提高。與普通CaCO3相比，納米CaCO3具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子效應(yīng)，使其在材料的增韌、補(bǔ)強(qiáng)、增透、觸變、流動(dòng)和殺菌消毒等改性方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，特別是其增韌補(bǔ)強(qiáng)性能，極大地改善和提高了相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。因此，納米碳酸鈣被廣泛用作產(chǎn)品的補(bǔ)強(qiáng)劑、填充劑、添加劑、增韌劑及增白劑等，以降低成本、增強(qiáng)制品功能、改善制品品質(zhì)、增加制品附加值等。本項(xiàng)目技術(shù)利用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的納米CaCO3碳化反應(yīng)釜，通過(guò)控制Ca(OH)2濃度、CO2濃度及流量、反應(yīng)溫度、攪拌速度、反應(yīng)釜壓力、晶型控制劑類(lèi)別和用量等條件，可制備出晶型為方解石，形狀諸如立方體、鏈狀、紡錘狀、球狀、片狀等各種納米CaCO3粉體，粉體質(zhì)量穩(wěn)定，純度高，粒度細(xì)且均勻，白度較高。其中，制得的立方體結(jié)構(gòu)的CaCO3粒徑在50nm左右，分布范圍窄；鏈狀結(jié)構(gòu)粒徑在20nm，長(zhǎng)徑比達(dá)到6以上。本技術(shù)生產(chǎn)的納米碳酸鈣性能穩(wěn)定，晶型豐富，適用性廣，產(chǎn)品附加值高。同時(shí)，通過(guò)利用原位表面包覆改性技術(shù)，針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域采用不同的工藝方法和表面改性劑，可制備出各種專(zhuān)用的納米CaCO3粉體，如橡膠專(zhuān)用納米CaCO3、塑料專(zhuān)用納米CaCO3、造紙專(zhuān)用納米CaCO3、涂料專(zhuān)用納米CaCO3、油墨專(zhuān)用納米CaCO3、密封膠黏劑專(zhuān)用納米CaCO3等。此外，本課題組長(zhǎng)期從事納米粉體材料的制備和應(yīng)用方面的研究工作，不僅根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求制備出了各種類(lèi)型的納米粉體材料，而且發(fā)展了無(wú)機(jī)粉體材料規(guī)模分散技術(shù)、消除硬團(tuán)聚和防止二次團(tuán)聚技術(shù)，解決了粉體在塑料、橡膠和涂料制品中應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。二、市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)及效益分析納米CaCO3應(yīng)用領(lǐng)域涉及：橡膠制品行業(yè)，用于輪胎、膠管、膠帶以及油封、汽車(chē)配件等橡膠制品中；塑料工業(yè)，用于工程塑料改性、PP、PE、PA、PC等；涂料工業(yè)，水性涂料和油性涂料；膠粘劑和密封膠工業(yè)，硅酮、聚流、聚氨酯、環(huán)氧等密封結(jié)構(gòu)膠；造紙工業(yè)，卷煙紙、記錄紙、簿頁(yè)印刷紙、高白度銅版紙以及高檔衛(wèi)生巾、紙尿布等；油墨工業(yè)，適用于平版膠印油墨、凹版印刷油墨等。納米碳酸鈣應(yīng)用最成熟的行業(yè)是塑料工業(yè)，主要應(yīng)用于高檔塑料制品改性。用于汽車(chē)內(nèi)部密封的PVC增塑溶膠，可改善塑料母料的流變性，提高其成型性。用作塑料填料具有增韌補(bǔ)強(qiáng)的作用，可提高塑料的彎曲強(qiáng)度和彎曲彈性模量，熱變形溫度和尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)還賦予塑料滯熱性。納米碳酸鈣用于油墨產(chǎn)品中體現(xiàn)出了優(yōu)異的分散性、透明性和極好的光澤及優(yōu)異的油墨吸收性和高干燥性。納米碳酸鈣在樹(shù)脂型油墨中作油墨填料，具有穩(wěn)定性好，光澤度高，不影響印刷油墨的干燥性能，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。造紙業(yè)是納米碳酸鈣最具開(kāi)發(fā)潛力的市場(chǎng)。目前，納米碳酸鈣還主要用于特殊紙制品，如女性用衛(wèi)生巾、嬰兒用尿不濕等。納米活性碳酸鈣作為造紙?zhí)盍暇哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：高蔽光性、高亮度，可提高紙制品的白度和蔽光性；高膨脹性，能使造紙廠使用更多的填料而大幅度降低原料成本；粒度細(xì)、均勻，使制品更加均勻、平整；吸油值高，能提高彩色紙的預(yù)料牢固性。納米碳酸鈣在涂料工業(yè)作為顏料填充劑，具有細(xì)膩、均勻、白度高、光學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)。納米級(jí)超細(xì)碳酸鈣具有空間位阻效應(yīng)，在制漆中，能使配方中密度較大的立德粉懸浮，起防沉降作用。制漆后，漆膜白度增加，光澤度高，而遮蓋力卻不降低，主要用于高檔轎車(chē)漆。橡膠工業(yè)是納米碳酸鈣的主要應(yīng)用市場(chǎng)之一。添加鈉米碳酸鈣的橡膠，其硫化膠升長(zhǎng)率、撕斷性能、壓縮變形和耐屈性能，都比添加一般碳酸鈣的高。加入用樹(shù)脂酸處理的納米碳酸鈣后，有的橡膠制品撕裂強(qiáng)度提高4倍以上。納米碳酸鈣在飼料行業(yè)中可作為補(bǔ)鈣劑，增加飼料含鈣量；在化妝品中使用，由于其純度高、白度好、粒度細(xì)，可以替代鈦白粉。我國(guó)碳酸鈣礦產(chǎn)資源豐富，分布廣泛，因此開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)這類(lèi)高附加值系列CaCO3產(chǎn)品前途廣闊，經(jīng)濟(jì)效益明顯，并可實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)低檔碳酸鈣產(chǎn)品更新?lián)Q代，促進(jìn)我國(guó)碳酸鈣工業(yè)以及橡塑、涂料、造紙等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。充分利用國(guó)內(nèi)資源、技術(shù)、產(chǎn)品成本與性能的優(yōu)勢(shì)，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前，廣東恩平、山西芮城及江西等全國(guó)各地都有納米碳酸鈣的生產(chǎn)，大部分采用的是超重力合成法，就晶型豐富性方面，我們采用的技術(shù)具有較大優(yōu)勢(shì)。因此，本項(xiàng)目要充分利用好自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建設(shè)千噸萬(wàn)噸級(jí)生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，開(kāi)拓更廣泛的市場(chǎng)。三、項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)介紹本團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事納米粉體材料的制備和應(yīng)用方面的研究工作，不僅根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求制備出了各種類(lèi)型的納米粉體材料，而且發(fā)展了無(wú)機(jī)粉體材料規(guī)模分散技術(shù)、消除硬團(tuán)聚和防止二次團(tuán)聚技術(shù)，解決了粉體在塑料、橡膠和涂料制品中應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。例如我們采用偏鈦酸水解的方法成功制備金紅石型和銳鈦礦型的納米二氧化鈦粉體，并摸索出了一條具有普適性的納米粉體制備、洗滌、干燥生產(chǎn)工藝，成功解決了納米粉體規(guī)?；a(chǎn)中洗滌和干燥困難的難題。該成果已于1995年在江蘇省泰興市實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，并被國(guó)家計(jì)委定為“工業(yè)性示范項(xiàng)目”；我們以價(jià)格相對(duì)低廉的工業(yè)原料水玻璃成果制備出了粒徑10nm左右納米二氧化硅粉體，并成功將該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，1998年