微纳米碳酸钙(干货｜纳米碳酸钙6大应用领域及指标要求)

纳米碳酸钙是指粒径为1-100nm的功能性无机填料，广泛应用于橡胶、塑料、造纸、油墨、涂料、密封胶与胶粘剂、医药、牙膏、食品等领域。但不同应用对纳米碳酸钙的粒级、晶形、吸油值、分散性等要求亦有所不同，今天粉体技术网就与大家分享一下纳米碳酸钙在不同领域的应用特性及指标要求。

1、纳米碳酸钙在橡胶中的应用特性及指标要求

（1）应用特性

纳米碳酸钙在橡胶工业中多用于内胎和外胎的特殊部位、胶带、胶管、胶鞋和胶布等橡胶制品。

添加了纳米碳酸钙的橡胶产品其硫化胶拉长率、抗撕裂性能、压缩变形和耐屈挠性能，都明显好于添加一般碳酸钙的产品，其价格要明显低于添加白炭黑的产品，而性能与后者相当。在硫化橡胶中，还可通过改变碳酸钙用量来调节产品的硬度。

（2）指标要求

橡胶用纳米碳酸钙推荐指标

晶型：在不同晶形的纳米碳酸钙中，以链锁状纳米碳酸钙对橡胶的补强效果最好，其次是立方体型纳米碳酸钙。

▲链锁状纳米碳酸钙

粒径：立方体型纳米碳酸钙以80~120nm为宜，纳米碳酸钙在橡胶中的应用，颗粒越细，与橡胶互相浸润的比表面积越大，以致使碳酸钙颗粒分散越来越困难，特别是80nm以下时，由于表面能的增大，在橡胶混炼时容易生热而引起粘混。

链锁状纳米碳酸钙的短径以10~30nm之间为宜，但必须进行良好的表面改性和分散处理，以提高其应用效果。

表面处理：要选择适宜的助分散剂，来提高共混及分散效果。

吸油值：橡胶用纳米碳酸钙的吸油值越高，碳酸钙对橡胶的浸润性和补强性越好。

水分：作为橡胶用填充剂，纳米碳酸钙的水分含量越低越好，一般要求小于0.5%。

其他：纳米碳酸钙产品应用于橡胶中对其盐酸不溶物、重金属含量和pH值等方面指标要求不高。

2、纳米碳酸钙在涂料中的应用特性及指标要求

（1）应用特性

纳米碳酸钙在涂料中不仅可以作为优质增白的颜料，降低成本，提高涂料油漆的光泽度，干燥性和遮盖力，及赋予涂料透明、稳定、快干等特性，还有明显的补强作用。

利用“蓝移”现象，将其添加到乳胶中，能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的，增加涂料的隔热性。纳米碳酸钙作为填料，填充到涂料中可以大大提高其柔韧性、硬度、流平性、漆膜的沉积性和渗透性。

外墙涂料：将纳米碳酸钙应用到外墙涂料中，涂层展现强烈的“疏水性”，涂层的抗裂强度、耐污染性均得到增强。

水性乳胶涂料：一般乳胶漆配方中，均含有一定量的刚性颗粒，有的配方中含量还相当大，这些刚性粒子的存在会导致涂膜中应力过于集中，使树脂产生裂纹，纳米碳酸钙的引入，使之与树脂间产生更多的接触几率，产生更多的微裂纹并引起弹性形变，将更多的冲击能量转化为热能吸收掉，从而提高韧性。

通过在传统的乳胶漆中添加颜填料量2%-5%的经特殊聚合物表面处理的纳米碳酸钙，发现不仅涂料的流变性、开罐效果得到改善，更为惊讶的是耐水性、耐洗刷性、硬度均得到大幅度的提高，且耐洗刷性的增加呈现的是几何级数的增长。

纳米碳酸钙因具有良好的触变性而应用于汽车底盘防石击涂料及面漆。

（2）指标要求

涂料用纳米碳酸钙推荐指标

晶型：一般为立方体形或纺锤形，有良好的剪切稀化效应，这样可以保证施工喷涂过程中降低粘度，具有良好的流动性且不堵塞喷枪口。

分散处理：良好的分散性和良好的触变性能，纳米活性碳酸钙能够促使体系产生触变结构，在施工时的髙剪切速率、低粘度，有利于涂料的流动；在施工前后的低剪切速率下，粘度回髙可防止沾降和流挂。

表面活化处理：使之具有较低的比表面能和较低的吸油值，同时具有较高的屈服应力，保证PVC底盘涂料能形成一定的强度，能抵抗小的扰动和剪切应力。

高白度：白度要求大于92%，可部分取代价格昂贵的白色颜料。

粒径：100-200nm之间，纳米碳酸钙具有的空间位阻效应，在制水性乳胶漆中，能使配方中密度较大的立德粉和钛白粉悬浮，起到防沉降的作用

3、纳米碳酸钙在塑料中的应用特性及指标要求

（1）应用特性

一是改性纳米碳酸钙以其独特的功能性作用，在提高塑料制品的耐热性、致密性、稳定性、硬度和刚度，改进其加工性能及散光性、抗擦伤性、平滑度等方面表现出优异的性能；

二是在提高塑料薄膜的透明度、窃性、防水性、抗老化性、缺口抗冲击强度、无缺口冲击强度的增韧效果及混炼过程中的粘流性等方面，也都具有明显的效果；

三是纳米碳酸钙还可以提高塑料的弯曲强度、弯曲弹性模量、热变形温度、尺寸稳定性、塑料滞热性、高阻隔性、高阻燃窒息性等物理力学性能。

四是改性纳米碳酸钙在体系中良好的分散，其纳米粒子可以更好地填充体系中的物理结构缺陷，可以降低制品的表面粗糙度，减少了对光线的漫射作用，使制品表面看起来更光亮，摸起来更光滑。

（2）指标要求

塑料用纳米碳酸钙推荐指标

晶型：以吸油值较低的立方体，或立方体部分呈链锁状和球形为宜。

▲立方形纳米碳酸钙

粒径：—般应控制在80~120nm，粒径太大起不到纳米碳酸钙的效果，制品表面粗糙、不光滑，粒径过细会造成表面能增加，颗粒团聚加强，加工过程不易分散，造成加工过程堵塞过滤网，表面起颗粒等现象。

吸油值：吸油值越低越好，因为纳米碳酸钙产品的比表面积较普通轻钙大，一般为25~80m²/g左右。如果吸油值过高会造成制品在混炼时过多地吸收增塑剂，使体系黏度升高，影响树脂的加工性能，增加增塑剂的用量，因此降低纳米碳酸钙吸油值，成为提高其应用性能的关键。

分散性：用于塑料填充的纳米碳酸钙，要选用合适的表面处理剂和相应的活化方式，以提高产品的分散性，防止二次凝聚。否则，如果颗粒凝聚，碳酸钙产品的实际颗粒的粒径远大于原生粒子的粒径，在塑料加工时混炼剪切力有限，凝聚不容易打散，势必引起局部缺陷，其应用效果反而不如普通活性碳酸钙好。

水分：一般控制在0.5%以下，同时要注意水分的均匀性，防止局部水分过高，如果水分过高，在加工过程中，制品表面会产生气泡或空洞现象。

盐酸不溶物：主要是指产品中的黑点、黄点等杂质颗粒，必须严格进行控制，否则颗粒较多时，容易造成加工过程中挤出机过滤网频繁堵塞，影响生产效率，有时在制品表面形成明显的黑点，影响制品外观质量；含铁的细小颗粒有可能使制品的黄度升高、白度降低，用于浅色制品的纳米碳酸钙要特别注意。

pH值：应尽可能的降低产品的pH值，并加以稳定控制，因为pH值升高将使制品加工过程中的粘度升高，挤出速度降低，造成制品白度降低，黄度偏高，同时表面光泽度下降。

重金属的含量：重金属的含量越低越好，据研究表明：锰、铬等金属化合物对某些塑料的降解具有催化作用，从而使制品耐候性差，易于老化。

4、纳米碳酸钙在油墨中的应用特性及指标要求

（1）应用特性

纳米碳酸钙在油墨工业中的重要作用及其个性化要求改性纳米碳酸钙用于油墨产品中表现出优异的分散性、透明性、极好的光泽和遮盖力，以及优异的油墨吸收性和干燥性。

一般碳酸钙在油墨中的填充量为3%-10%，要求必须经过活化处理，晶形为球形或立方形。

（2）指标要求

胶印油墨用纳米碳酸钙推荐指标

白度：一般应大于80即可，白度太高反而将影响其对颜料的遮盖力。

透明度：透明度与粒径、晶形、产品的分散性等有关，一般粒径越小，透明度越高，油墨用纳米碳酸钙一般选择透明度不是最大的那一种，有较好的印刷适应性。选择的方法是将碳酸钙与一定比例的调墨油研磨后，所得到的膏状物不带灰色为宜。

细度：细度是反应纳米碳酸钙及其他颜料的研磨程度和分散状况的指标，碳酸钙应尽可能不含机械杂质，盐酸不溶物应越低越好，粒径在30-60nm，且分散良好。

粘度：粘度与纳米碳酸钙的用量、分散性和粒径有关。对于同一种连接料而言，填充越多，制成油墨的粘度越大；碳酸钙在连接料中的分散性好，油墨的粘度小。

流动性：流动性是粘度的倒数，表示油墨的稀稠程度。流动性与碳酸钙的晶形、粒径有关。一般粒径越大，流动性越大。立方体、球形纳米碳酸钙一般表现出较大的流动性，而链锁状则通常表现出较小的流动度。因而碳酸钙产品必须通过控制晶形、粒径来满足不同油墨的要求。

光泽度：光泽度是大多数油墨的一项主要特性指标，影响因素很多，但纳米碳酸钙的晶形及粒径分布对光泽度的影响较大。立方体晶形表现出优良的光泽特性，其粒径分布范围窄，在油墨涂层中排列整齐，使印刷品表面平整光滑，产生良好的光泽。而链锁状或棒状碳酸钙在油墨中填充，导致油墨涂层表面凹凸不平，使光线发生散射，只适用于消光型油墨的填充。

油墨种类繁多，不同类型的油墨、不同的油墨生产厂家对纳米碳酸钙各项性能有不同的要求，油墨制造商对自身的产品在透明度、光泽度、流动度、细度、遮盖力和干燥性等方面各有所偏重，这就要求油墨专用纳米碳酸钙的性能与之相适应，因而油墨碳酸钙生产企业必须对该产品进行细分来生产、管理和经营，以满足市场的个性化要求。

5、纳米碳酸钙在密封胶与胶黏剂中的应用特性及指标要求

（1）应用特性

在粘胶剂、密封胶中，纳米碳酸钙属于结构和增强型填充剂，极大地提高了胶的粘合性、拉伸强度、模量和硬度。纳米碳酸钙作为硅酮密封胶的填充剂、增强剂，可以大大地降低制品的成本，改善制品的加工性能，极大地提髙胶的拉伸强度、撕裂强度等力学性能，通过对纳米碳酸钙晶型、粒径及表面处理的控制，从而使制品获得优良的触变性能和抗流挂性能。

纳米碳酸钙作为填充剂在密封胶中的作用主要体现在3个方面：

• 一是填充剂与胶体的掺合作用；
• 二是填充剂对触变性能的影响；
• 三是对密封胶的增强作用。

（2）指标要求

粘胶剂、密封胶工业用纳米碳酸钙技术指标要求

晶型：纳米碳酸钙的晶型应与硅酮密封胶的生产配方、制品的加工技术及设备条件相适应，一般地讲，立方体、菱形六面体、立方体部分呈链锁状晶型的适应性比较广泛。

粒径：以60~100nm为宜。粒径太大，胶的触变性能差，易流挂，同时会影响制品的力学性能，粒径太细，分散难度大，捏合时间长，分散不好时容易引起胶的表面粗糙。

水分：作为密封胶填充剂，纳米碳酸钙的水分含量越低越好，一般要求小于0.5%。水分太髙，加工过程中真空密炼时间长，动力消耗大，同时影响胶的后续工序质量；水分还可能使配方中的某些成分水解而产生无机颗粒，从而影响填料在胶中的掺合或产生颗粒等。

pH值：pH值越低越好，碳酸钙返碱是轻钙生产中较常见的现象，存在的碱会与胶料中的酸性成分生成水，水很容易使硅氧烷水解产生无机颗粒，由此在胶料中形成密布的微小颗粒，并导致胶体稳定性下降，出现凝胶现象，从而影响制品的表面性能。

表面处理：纳米碳酸钙改性效果的好坏将影响其颗粒对胶体的掺合作用，影响胶体的触变性，改性效果好将使纳米碳酸钙在聚合物中具有良好的亲和性，同时，也使应用纳米碳酸钙作填充剂的密封胶具有触变性能。

吸油值：吸油值是密封胶专用碳酸钙的一项非常重要的指标，是影响碳酸钙在胶中浸润性的因素。配胶后可发现，碳酸钙吸油值较高时胶的触变性和各种力学性能均比较理想，但胶的粘性大，不易调整。

比表面积：胶粘剂和密封胶中对纳米碳酸钙的比表面积以20-25m²/g为最佳，可以获得最理想的抗坍落度和可挤压性。当比表面积过大时，密封胶的可挤压性显得较差，抗拉力性随着比表面积的增加而增大，但分散性能却下降，因此，纳米碳酸钙应用于胶粘剂和密封胶中时，追求比较适中的比表面积。

筛余物：筛余物应小于0.15%（45μm筛）。筛余物过高是制品产生表面颗粒的主要原因。

6、纳米碳酸钙在造纸中的应用特性及指标要求

（1）应用特性

在造纸领域，目前纳米碳酸钙主要用于特殊纸制品，如尿不湿、卫生巾等。

一是纳米碳酸钙粒度细小、均匀、对纸机的磨损小，并使生产的纸制品更加均匀、平整；

二是高避光性、高亮度可提高纸品的白度和避光性；

三是高膨胀性能使造纸厂使用更多的填料而少用纸浆，大幅度降低原材料成本；

四是高吸油值能提高彩色纸的颜料牢固性，还赋予纸张良好的折曲性、柔软性，以及对油墨和水良好的吸收性。

在造纸涂料方面，纳米碳酸钙一般只用在定量涂布纸、无光泽铜板纸等特殊制品中，其用量甚至可高达80%。由于自身白度髙、比表面积大、表面活性高、强度和硬度高，所以纳米碳酸钙能对涂布纸的质量提高有所帮助。通过对涂料里加入纳米碳酸钙，可以得到高光泽度、高白度、高表面强度和高油墨吸收性的涂布纸，并改善纸的平滑度。

（2）指标要求

晶体形态：PCC晶体形态是影响造纸生产操作性、涂料性能、纸张质量等诸方面中最重要的影响因素之一。各种形态的PCC大体可分为单一晶体粒子和聚合体两种存在形式，前者对造纸的影响主要来自形态和长径比，后者主要来自络合体内孔隙结构特性。

长径比：长径比是指单一粒子的长度与直径之比。纺锤状、柱状和针状均属于大长径比晶形，其长径比一般为（4~7）:1，大长径比PCC用于纸张填料，碳酸钙单晶与纸张纤维之间结合时容易产生搭桥作用，使纤维膨起，形成均匀孔隙，对提髙成纸的透气度、厚度、不透明度、挺度、减小两面差，以及获得较高的填料保留率等都是有利的。

米粒状和菱形立方体属于小长径比，二者的长径比分别为:（2~3）:1，（1~2）:1；而片状体通常用径厚比来描述，一般为（6~14）:1，小长径比PCC，只适用于纸张涂料，表现出良好的涂层光泽。

多聚体PCC：也称络合体PCC，一般由针状、极细球状、立方体、米粒状等单体聚合而成，如菊花状。其主要物理特性表现为：粒子之间构成的髙孔隙率、髙分散系数、高吸油值（吸附性）和低的堆积密度值。在相同填料保留率时，有利于提高加填纸张的不透明度、松厚度、挺度、压光纸平滑度、透气性和油墨吸收性。

其主要负面效应是加填纸张的强度和施胶度稍低，其次是用于涂料时黏度较大、表面强度较低。因此，络合体PCC很少单独用于造纸涂料，往往是与其它小长径比PCC混配使用。

粒子表观形状：任何形态PCC都要求晶形规则、完整、一致、边缘平滑无残缺；聚合体集聚粒子间不粘连；菊花状的单晶粒子个数相近，开启度大小近似，单晶端部呈尖峰；纺锤状、针状呈尖峰。

表观孔隙与孔隙率：PCC表面具有细小的孔隙，品质优良的PCC的微观孔隙细小均一，使同一形态和粒径的PCC具有更大的比表面积，以及髙的吸油值和散光系数。

结语

中国的经济和社会在持续高速发展，工业技术等方面和发达国家之间的差距越来越小，有足够的理由认为中国的纳米碳酸钙行业会赶上并赶超世界发达国家。从事纳米级材料的研究者和生产企业均应在纳米级无机粉体材料的应用性能上下功夫，开发出功能性、专用纳米级无机功能材料。

纳米碳酸钙产业链涉及原料、生产和应用等行业企业较多，要想实现产业链的融合，相关企业之间的技术交流与创新至关重要，只有满足各产业间的供需要求，扩大市场，才能实现共赢

2018年碳酸钙精细加工应用技术提升及实操培训班

2018年11月6日-8日 广西贺州

培训大纲：

1、碳酸钙粉体清洁生产技术

2、碳酸钙粉体精细加工制备技术

3、碳酸钙粉体表面改性技术开发与应用

4、碳酸钙粉体在有机聚合物材料中的应用技术

5、碳酸钙精细加工技术实操

详情请联系粉体技术网（18301216601）