深入了解纳米碳酸钙的多元化应用


来源:中国粉体网   黑金

[导读]  纳米碳酸钙的应用现状。

中国粉体网讯  据了解,每吨60元的石灰岩,加工成炼钢的氧化钙,每吨售价可翻10倍;加工成更高端的纳米碳酸钙,每吨可以卖到2000多元,升值30多倍。


纳米碳酸钙具有许多优良的性质,尤其是在改性之后,其应用范围非常广,已成为目前生产和使用量最大的纳米材料



来源:华纳股份


纳米碳酸钙在塑料中的应用


同普通碳酸钙相比,经过改性的纳米碳酸钙除了作为填充剂,还能起到活性剂和补强剂的作用,可以增加塑料制品体积,提升制品的硬度和强度,改善塑料加工性能,并增强塑料制品的耐热性、弯曲强度、弹性模量等各项性能指标。


纳米碳酸钙已广泛应用于PVC,PS,PP等各种塑料的加工中,其中以PVC的用量最为庞大,尤其是电线电缆、管材等制品。


塑料用纳米碳酸钙推荐指标



纳米碳酸钙在橡胶中的应用


纳米碳酸钙在橡胶工业中主要应用于轮胎,电线、电缆,橡胶制品等,可起到增加体积,降低成本,改进橡胶加工性能的作用。


轮胎:纳米碳酸钙可部分替代炭黑和白炭黑用于汽车轮胎的生产,但在补强效果方面仍有差距,因此在应用中以受应力较小的部位为主,如胎侧、帘布胶、气密层胶、内层胶、缓冲胶等。在生产中,纳米碳酸钙与活性氧化锌搭配使用可大幅提升轮胎胎面胶的强度。


胶管和胶带:纳米碳酸钙在胶管、胶带中主要起补强、增白,同时提高胶料分散性的效果。


电线电缆:纳米碳酸钙一般用于矿用电线电缆、高压电线电缆、船用电线电缆等的保护套和电器电线电缆胶料。


橡胶用纳米碳酸钙推荐指标



纳米碳酸钙在胶黏剂中的应用


纳米碳酸钙具有粒度分布窄、粒径和颗粒形态可控、稳定性好等优点,广泛应用于密封胶和粘胶剂中,具有成本低、补强性能和触变性好等优点。用纳米碳酸钙最多的是硅酮胶、MS胶、聚氨酯胶等品种。


密封胶、胶黏剂用纳米碳酸钙推荐指标



纳米碳酸钙在涂料中的应用


相比于重钙或普通轻钙,纳米碳酸钙在涂料中除了有较好的补强效果,还可提高涂料的遮盖力、光泽度,透明性、快干性、及稳定性。


将纳米碳酸钙添加到有机或水性涂料中,所形成的涂层不仅具有细腻、均匀、快干、白度高等特性,还能取代价格昂贵的钛白粉和价格较高的胶质钙,降低基料粘合剂用量,使配方中密度较大的立德粉悬浮,防止沉降,而且可通过空间位阻效应提高涂层的耐洗刷性和稳定性,尤其适于生产高档汽车面漆和底盘聚醋漆等。


涂料用纳米碳酸钙推荐指标



纳米碳酸钙在油墨中的应用


油墨主要由色料、连接料、填料、助剂等组成,经改性的纳米碳酸钙与连接料相容性好,且具有光泽度高、稳定性强、适应性强、不影响油墨的因数、干燥性能优良等优势,可综合提高油墨的质量且降低生产成本。


胶印油墨用纳米碳酸钙推荐指标



纳米碳酸钙在造纸中的应用


作为造纸填料,纳米碳酸钙粒度小且均匀,对设备磨损小,使纸制品细腻均匀,同时粒径小,吸油值和比表面积大,有利于颜料的牢固;白度好、亮度高、蔽光性好,可提高纸张的白度和蔽光性;可节省纸浆使用量,降低成本,同时有利于环境保护。


在卷烟纸中,纳米碳酸钙的添加量约45%~50%。


在高档卫生用纸中,尤其是在女性用品、婴儿用品如卫生巾、尿不湿、纸尿裤等产品中,纳米碳酸钙用量很大,主要用来生产透气性好同时不透水的聚乙烯薄膜,此外由于纳米碳酸钙粒径小,制成的产品细腻,不伤皮肤,不会对人体造成感官上的不舒适。


在造纸涂料中,纳米碳酸钙由于具有白度高、比表面积大、活性高、补强性好等特点可提高涂布纸的光泽度、白度、平滑度、表面强度和油墨吸收性。


纳米碳酸钙在润滑油中的应用


将纳米碳酸钙添加到润滑油中,纳米碳酸钙与金属表面之间可通过静电吸附作用形成单分子保护膜,提高润滑油的抗磨减摩特性。此外,传统润滑油添加剂中普遍含有S、P、Cl等对环境有害的元素,纳米碳酸钙因其生物可降解性而对环境友好。


纳米碳酸钙在锂电池中的应用


Ju等通过添加纳米碳酸钙制备了阴离子锚固涂层,使阳极稳定性明显改善,纳米碳酸钙涂层可吸附局部TFSI-阴离子,降低阴离子浓度,进而促进锂离子快速扩散,最终有效抑制锂枝晶的生长。研究表明,采用纳米碳酸钙涂层的阳极在420次以上充放电循环后仍能保持98.4%的高库仑效率,甚至在20mAh/cm2的超高电池容量下库仑效率达到99.1%。


纳米碳酸钙在生物医药中的应用


纳米碳酸钙在具有多晶型、表面效应、小尺寸效应等特性的同时,具有良好的生物相容性和生物可降解性,使其在药物输送、组织修复、生物传感等方面具有巨大的应用潜力。


在靶向药物中,纳米碳酸钙具有更强穿透力和更高药物装载量,能延长在血液中的循环时间,靶向治疗效率和稳定性更高;Abdulrahman等通过向修复性聚合物中添加纳米碳酸钙,改变龋齿相关病原体抗菌活性,不仅延长了修复性聚合物的寿命,而且起到预防龋齿及其相关疾病的作用;纳米碳酸钙因量子点效应而具有几乎无干扰的快速响 应特性, 能作为理想的成像剂和生物标志物。


纳米碳酸钙在建筑材料中的应用


在建筑材料领域,使用钙源(氢氧化钙、氧化钙和纳米碳酸钙)对电熔锆酸钡进行掺杂改性,显著改善抗侵蚀性能。由碱渣制备而成的超细纳米碳酸钙粉可以制备水泥砂浆。SHCA等人将纳米碳酸钙填充高强度纤维增强混凝土,可以有效提升材料的流变能力以及稳定性。


纳米碳酸钙在食品领域中的应用


据悉,比表面积为30m2/g的纳米碳酸钙应用于乳饮料,可以提高乳饮料的钙含量,抑制沉淀;用于海鲜酱的纳米碳酸钙,可以赋予海

鲜酱质感、增加酱的强度,使之获得柔软的口感,并可延长保质期。


纳米碳酸钙在陶瓷领域中的应用


开发颗粒分布均匀的立方体碳酸钙,可用于在600℃低温下制造致密化陶瓷。


纳米碳酸钙在日化行业的应用


纳米碳酸钙由于颗粒细、纯度高,在化妆品、牙膏等日用品中可作为填料。


综合而言,纳米碳酸钙应用面十分广泛,涉及橡胶工业、塑料工业、涂料工业、造纸工业、制药业等,新的应用领域还在不断拓展和延伸。近年来,受房地产行业政策调控影响,硅胶钙等需求有所萎缩,但其他下游行业发展较好,产量普遍呈上升趋势。


另一方面,纳米碳酸钙的粒径和形貌直接决定了其性能和应用领域,现已开发出的纳米碳酸钙形貌有纺锤形、立方形、球形、链状、针状、片状等,分散性好的立方形纳米碳酸钙可用作塑料橡胶制品的补强剂,链状、针状碳酸钙具有优良的补强作用,球形碳酸钙具有良好的分散性和耐磨性,片状碳酸钙用于造纸和涂料中,能起到良好的遮盖作用。


不同行业对纳米碳酸钙的要求不一,除了粒径、形貌,对产品的吸油值、分散性、水分、pH 值等提出不同的要求。企业需要不断加强研发,对纳米碳酸钙的高性能化应用深入研究,优化配方调试,提升纳米碳酸钙的适配性。


再者,在纳米碳酸钙领域,由于研发生产起步较早,国外企业依靠强大的研发能力、稳定可靠的产品质量、精良的仪器、良好的品牌信誉,占据了国内大部分高端市场,价格普遍比国产同类产品高1至3倍。


我国纳米碳酸钙行业的技术水平仍然有着很大的提升空间。目前国内生产的纳米碳酸钙主要应用于橡塑、密封胶、油墨和涂料等传统领域,需要加大研发投入,积极拓展纳米碳酸钙在食品、陶瓷、工程塑料、轻质填料、生命科学等领域的应用研发,增强竞争力,抢占中高端产品市场份额。


参考资料:

张哲轩等.纳米碳酸钙—生产、改性和应用

范体国.纳米碳酸钙的制备和应用

杨雷等.纳米碳酸钙的合成、表面改性以及应用

文自桢等.纳米碳酸钙的合成、改性以及应用进展

刘亚雄.日本纳米碳酸钙生产工艺及产品介绍

凯龙股份募资说明书


(中国粉体网编辑整理/黑金)

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