孙镇镇/文
【摘要】纳米碳酸钙是常见的一种化工填料，由于粒径较小，具有普通碳酸钙所不具有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，这使得纳米碳酸钙在力学、光学、电学等方面表现出与普通碳酸钙所不同的或反常的物化性质，如：增韧补强性、透明性、杀菌消毒等应用方面的特殊性能[1]。本文简述了超细重质碳酸钙与纳米碳酸钙的摩擦性能对比，对纳米级碳酸钙煅烧分解特性进行简单分析，重点介绍了纳米碳酸的制备方法，并对其发展前景进行了展望。
【关键词】纳米碳酸钙；煅烧分解特性；制备方法；应用
碳酸钙作为一种绿色环保的无机化合物，被广泛应用于造纸、建材、日用
化工、涂料、医药、化妆品、密封材料等各个行业。由于其绿色、环境友好和
具有良好的承载能力的特点，逐渐被应用于润滑剂领域。
1.碳酸钙的分类
重质碳酸钙是通过机械方法直接破碎天然方解石、石灰石等矿石进行直接研磨得到所需要细度的粉体，粉体细度在 2～10 µm 之间的，称为超细碳
酸钙（简称 UGCC）。
轻质碳酸钙是将石灰石等原材料经过煅烧成石灰，再由一系列化学方法生成碳酸钙沉淀，最后经脱水、粉碎制得
所需的碳酸钙粉体。
纳米级碳酸钙（简称 NPCC）是经过化学方法制备的碳酸钙，粒子粒径小于 100 nm。
2.超细重质碳酸钙与纳米碳酸钙的摩擦性能对比
随着人们对环保问题的关注，润滑材料及其添加剂造成的环境污染问题受到高度重视，因此，未来的润滑技术一定兼顾着高效、绿色环保的多重要求。由于碳酸钙原材料易得且成本低廉，在考虑到环境友好和制备成本的情况下，
选用碳酸钙为原料作为环保润滑材料添加剂。自从纳米材料问世以来，因其独特的物理化学性能，被广泛关注幵应用于各个领域。近年来，大量的研究也已经表明，纳米材料作为润滑材料添加剂可以显著提高基础油的减摩抗磨性能。
赵金城等人通过对比研究超细重质碳酸钙与纳米碳酸钙的抗磨减摩性能，他们采用 MR-S10G 型杠杆四球摩擦试验机进行四球实验，利用光学显微镜观察钢球表面的磨斑形貌。通过对二者磨斑直径、最大无卡咬负荷以及摩擦
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系数的对比分析，结果表明，（1）分NPCC 的抗磨减摩性能更好。（2）配别配制出的含有 NPCC 的基础油和含制的基础油中的 UGCC 的质量分数为有 UGCC 的基础油均具有很好的抗磨0.03%时，磨斑直径从0.492 mm 降减摩性能，且UGCC 的抗磨性能较之
到0.420 mm，降低了14.6%。摩擦系
3.纳米碳酸钙吸油值
纳米碳酸钙作为一种无机填料，其常迎星等人采用正交试验法优选纳吸油值大小决定了纳米碳酸钙的表面化米碳酸钙的制备工艺，通过正交设计选学性质、下游加工应用性能，吸油值越取不同氢氧化钙浓度、晶型导向剂添加小，颗粒的分散性越好，加工性能越好。
量、改性剂添加量及改性时间，经过碳
4.纳米级碳酸钙煅烧分解特性
由于碳酸钙可以从大量不同的原料来愈多的关注。
获取，以致碳酸钙的化学成分及物理结夏伟等人利用热重分析仪研究了纯构有相当大的差异。碳酸钙的组成、颗氮气氛下，升温速率、环境气氛等因素粒尺寸等的变化将会影响碳酸钙的分解
对纳米级碳酸钙的热分解控制途径，并[2-5]
，晶体结构的不同也会导致碳酸钙
且与两种常规碳酸钙进行了比较，同时煅烧分解动力学参数的差异[6]。对于对其煅烧分解动力学进行了分析。研究纳米级碳酸钙来说，由于其颗粒粒径小、发现，纳米级碳酸钙煅烧分解比常规碳比表面积大、表面活性高，从而受到愈
酸钙更加活跃，同等反应条件下分解温
5.纳米碳酸钙的制备
纳米粉体的制备工艺包括物理方法溶性碳酸盐(如碳酸氢铵，碳酸铵或碳和化学方法，常见的研磨粉碎法把天然酸钠等)进行反应，将碳酸钙沉淀下来。石灰石通过粉碎变细，然后经过分级制通过控制反应物的浓度、反应温度等就备出不同粒径级别的重质碳酸钙产品。可以控制沉淀碳酸钙的粒径。
但由于生产条件的限制，此种方法生产5.2碳化法
方法很难将碳酸钙粉碎达到纳米级别。
此法是在溶液或悬浊液的条件下，目前，纳米碳酸钙的制备主要采用通入气体，将碳酸钙作为沉淀物沉淀下化学方法，这种方法也是是当前工业生来。在氢氧化钙的溶液中，通入适量的产中广泛应用的方法。这种化学方法主二氧化碳气体，就能够得到碳酸钙的沉要以复分解法、碳化法、液相法、原位淀。控制反应物的浓度、反应温度、二法为主。
氧化碳气体的通气速率就可以获得纳米5.1复分解法
级的碳酸钙沉淀。再通过固液分离，纯此法是在溶液条件下，加入沉淀剂，化就获得纳米级的碳酸钙产品。
将碳酸钙作为沉淀物沉淀下来。利用水5.3液相法
溶性钙盐(如氯化钙，硝酸钙等)与水
液相法是指从液相中合成纳米微
数从0.046 左右降到 0.027。可见二者均具有良好的抗磨减摩效果，其中超细重质碳酸钙具有更加优异的抗磨减摩性能。
化合成法合成纳米碳酸钙，对其吸油值进行考察研究，结果表明，影响纳米碳酸钙吸油值的主要因素是改性时间，其次是氢氧化钙浓度。
度更低，且随着升温速率的增加反应向高温区移动。CO2分压极大影响纳米级碳酸钙的煅烧分解，致其分解温度极大推迟。纳米级碳酸钙煅烧分解受 n = 1 的成核与生长机制控制，活化能总体比其他两种常规碳酸钙要低。
粒，包括沉淀法、金属醇盐法、化学凝聚法、溶胶一凝胶法、胶溶法、微乳液法、喷雾干燥法、水热台成法等；液相法工业化程度高，生产成本低，其不足是获得的纳米粒子种类少，以制取氧化物和难溶盐为主，另外杂质较多。
5.4原位法
原位法采用对钙离子具有识别作用并与高分子有很好相容性的表面活性剂，模拟生物矿化，通过表面活性剂控制碳酸钙的晶体形状与大小，改变碳酸钙的表面性质，原位合成疏水性纳米碳酸钙。此法能大大降低成本，可广泛应用于工业生产中。
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6.纳米碳酸钙的应用
6.1纳米碳酸钙在聚合物中的应用
碳酸钙是在聚合物中广泛应用的一种填料，但由于它与聚合物基体的相容性差而限制了其应用的深度及广度，因此急需首先对其进行表面改性。
近年来出现的一种新改性方法是接枝改性，它利用高分子链的互相缠绕及基体树脂与聚合物相容性，解决了因纳米颗粒的团聚而产生的问题，使基体与纳米填料的相容性得到改善，从而最终改善了材料的力学性能。
聚丙烯（PP）改性料具有良好的加工性能、冲击性能和耐老化性能，密度较小，广泛应用于汽车保险杆的成型与加工。
但由于纳米碳酸钙粒子表面能较高，容易在有机体内发生团聚，导致改性效果不明显甚至失效，需要先对其进行表面改性才能取得好的效果。
利用接枝改性制备的聚合物 / 碳酸钙复合材料性能良好。尤其是通过辐照方法接枝改性的纳米碳酸钙，更具有一些高分子的优良性能，是未来发展功能化无机 / 聚合物纳米复合材料的新方向。
6.2纳米碳酸钙在塑料中的应用
塑料的填充改性具有很长的历史，最初是为了降低成本。如在PVC硬制品中加入碳酸钙，不仅可降低成本，还可使PVC硬制品的力学性能得到提高。
近年来，随着材料科学的热点向纳米材料转变，纳米碳酸钙在PVC行业中的应用引起了广泛的关注。
普通碳酸钙在塑料中仅作为填充
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剂，而经过表面改性的活性纳米碳酸钙还可作为补强剂、活性剂等使用。
目前，国内制备纳米碳酸钙/PVC复合材料首先是通过不同的途径对纳米碳酸钙进行表面改性，使其具有亲油性，然后PVC复合，处理后PVC树脂其加工流动性、韧性、热稳定性和尺寸稳定性大大改善。
6.3纳米碳酸钙在橡胶中的应用
CaCO3作为无机填料在橡胶工业中有着广泛的应用，这种填料既可降低橡胶制品的成本，又能提高其性能，而且易于生产，价格低廉。
在橡胶制品中添加纳米CaCO3作为无机填料时，制品的抗撕裂性能、耐屈挠性能、压缩变形以及硫化胶伸长率等都比添加普通CaCO3的时候要提高很多。
但是CaCO3颗粒的粒径越小，比表面积越大，其在橡胶中的分散也就越困难，尤其是当颗粒的粒径在0.1 µm 以下时，由于表面能增大，在与橡胶共混时容易因生热而引起粘混[7]。
因此需要对纳米碳酸钙进行表面处理，使其表面转变为亲油疏水性，并减少团聚，使其在聚合物中的分散性和相溶性得到改善。
6.4纳米碳酸钙在油墨中的应用
在油墨中使用的碳酸钙通常为纳米级的高档碳酸钙，与传统的添加材料相比，将纳米碳酸钙添加到油墨中，能够展现出优异的分散性和遮盖力、表现出良好的光泽度和亮度。
纳米碳酸钙还可以明显提高油墨的
附着力，减少机械的磨损。
改性后的纳米碳酸钙可以代替价格更高的胶质钙，是高档油墨中优异的添加材料。[8]
6.5 纳米碳酸钙在造纸工业中的应用
造纸工业使用纳米碳酸钙具有以下优点：
（1）纸制品的白度和蔽光性得到明显改善；
（2）纳米碳酸钙对纸张的磨损更小，使纸制品能够更加均匀和平整；
（3）减少纸浆用量，增加填料用量，降低生产成本；
（4）纳米碳酸钙的吸油性好，使彩色纸的颜料牢固性得到提高；
（5）填充中性纸或纸板时，纳米碳酸钙能够提高它们的紧密度。
目前造纸业应用较广泛的填料之一就是纳米碳酸钙，但是由于纳米碳酸钙粒径小、表面亲水性强、极易团聚等特性，直接添加时不能充分发挥其性能，因此需要首先对其进行表面改性。
6.6纳米碳酸钙在涂料中的应用
纳米碳酸钙作为白色颜料用在涂料中，起到骨架支撑的作用，加入纳米碳酸钙可使底漆对基层表面的渗透性和沉积性增强。
表面改性过的纳米碳酸钙分散性较
好，吸附效果改善，活化性提高，填充于涂料中，其硬度、柔韧性、光泽及流平性均大大改善，同时可有效提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐伤性等，并且涂膜的光泽及流平性也得到提高[9]。
小结：
纳米碳酸钙是一种重要的无机填料，具有许多优异的性能，前景非常广阔，在很多方面也带来了巨大的经济效
益，但是由于其易团聚及与聚合物的亲和性差等特性影响其应用，因此需要先对其进行表面改性，才能充分发挥其纳
米特性。
参考文献：
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