【原创】为什么钙粉的作用不一样?碳酸钙应用的秘密藏在哪?


来源:中国粉体网   昧光

[导读]  一文了解碳酸钙主要应用

中国粉体网讯 碳酸钙作为日常工业生产中重要的非金属矿物类基础原料,处于产业链的最前端,有“工业粮食”之称,与国民经济和生活密切相关,是发展新兴产业和高新技术的重要支撑材料。

 

碳酸钙主要理化指标对应用性能的影响

 

碳酸钙的碳酸钙含量以及盐酸不溶物、铁、锰、重金属含量等化学成分影响产品白度、磨耗值、填充材料色泽、化学稳定性以及在牙膏和食品中应用的安全性。

 

粒度大小及其分布影响产品的白度、亮度或光泽、磨耗值、堆积密度、填充材料力学性能(强度、断裂伸长率、模量等)。

 

沉降体积或堆积密度影响填充材料的密度;白度影响制品的色泽和亮度;吸油值影响重质碳酸钙在填充材料或制品中的分散性和填充树脂体系的加工性能(混合的难易程度),对于涂料和油墨则影响其分散稳定性、沉降性能或流变性。

 

碳酸钙的水分含量主要影响填充材料或制品的表观性质,过高的水分含量不仅影响表面改性的效果,还可能影响填充材料或制品的表观质量。

 

表面活性或活化度主要影响碳酸钙在树脂中的分散性及与高聚物基料的相容性,进而影响填充材料或制品的力学性能、耐老化性能以及表观性能等。

 

比表面积主要影响碳酸钙的吸油值和在应用体系中的分散性。

 

pH主要是影响填充材料或制品化学稳定性的主要因素之一。

 

细说碳酸钙的主要应用

 

1、塑料

 

碳酸钙是价格最低的填料之一,具有无毒、无刺激性、无气味、白度高、硬度适中等特性。此外,碳酸钙折射率与许多增塑剂、树脂的相近,对填充塑料的着色干扰极小,用量达70%。

 

需要注意的是,碳酸钙、助剂、树脂的相容性是影响塑料制品质量的重要因素。经过活化处理后的碳酸钙表面均匀地包覆与树脂性能相近的亲油性助剂,在与树脂共混过程中,改善不同物料界面相容性,提高产品的性能。

 

碳酸钙应用于塑料中可以调节其刚性和韧性,改善塑料制品的耐热稳定性和塑性,并提高制品的表面光泽、表面平整性,还可以取代昂贵的白色颜料。

 

2、造纸

 

碳酸钙应用在造纸中可以作为填料和涂布颜料使用。主要作用是降低成本、节省纤维、提高纸张松密度、吸水性能、纸张强度、不透明度、均匀度、白度及改善手感等。

 

作为填料,重钙主要用于除卷烟纸、过滤纸和特种低定量信息用纸以外的印刷纸、书写纸、办公用纸和广告用纸中。在实际应用中,铜版纸用重钙原料为325目,白度要求92以上,碳酸钙含量大于98%;白板纸等用重钙细度1250目以上,白度要求92以上,碳酸钙含量98%。

 

作为填料,轻钙原则上可应用于所有纸张中,目前主要作为高档纸填料使用。例如:卷烟纸、办公室信息用纸(如传真纸、仪器记录纸、喷墨打印纸)、低定量新闻纸、低定量涂布纸等。

 

作为颜料,重钙可用于底涂和面涂,目的是改善印刷产品的质量和均匀性,而且涂布纸的很多特征也都取决于颜料的选择。碳酸钙白度高,流动性好,适宜配制高固含量涂料;对胶黏剂的需求量较低,可以改善涂层的油墨吸收性;能提供良好的白度和色调,提高透气性;是使用最为普遍的涂布颜料之一。

 

作为颜料,轻质碳酸钙在造纸涂布颜料中的应用主要是弥补高岭土和重质碳酸钙的不足。一般用于低定量涂布原纸、高光泽涂布纸和亚光铜版纸。

 

3、涂料

 

涂料生产中加入碳酸钙可以显著提高其附着能力、耐洗刷性能、表面强度,尤其是水性涂料中碳酸钙具有防沉降作用和易分散、光泽好等特性。可以部分取代白炭黑和钛白粉降低成本。

 

以乳胶漆为例,轻质碳酸钙可使涂料获得较高的干遮盖力(对比率)、良好的附着力和防霉性,还可以改进悬浮性,但由于有钙离子,要注意其与其他化学品作用可能产生贮存期间涂料增稠或返粗现象,使贮存稳定性变差,用量过多时涂刷性会变差,适合于内墙涂料。重质碳酸钙可以改善涂料的平滑性、悬浮性,提高附着力和防霉性、抗冻融性,降低漆膜起泡和开裂现象,内外墙涂料都可使用。

 

以粉末涂料为例,碳酸钙化学性质比较稳定,杂质少,最适合于一些要求重金属含量低的环保产品,如儿童玩具、婴儿车等。对不同种类填料应用于粉末涂料中的性能研究时发现,CaCO3可以作高光产品的填料,而且它的光泽度不输于其他填料;一般半光产品,可以直接加入CaCO3调出,无须加入B68类的消光剂,可节约成本。但是,如果户外耐候性有要求,不能用它作填料。

 

4、橡胶

 

碳酸钙应用于橡胶中具有补强、填充、改善制品性能的作用,能获得比纯橡胶硫化物更高的抗张强度、撕裂强度和耐磨性。

 

重质碳酸钙具有纯度高、惰性大、稳定性好、白度高、吸油率和折射率低、分散性好等特点,在橡胶制品中补强效果差,主要起填充作用。广泛用于天然橡胶、丁苯橡胶、胶乳等的惰性填充剂,适用于制造鞋跟、鞋底、地板、胶管、发泡制品、模制品和压出制品等。

 

轻质碳酸钙粉体具有颗粒形状规则、粒度分布较窄、粒径较小等特点。在橡胶制品中主要用作白色或浅色橡胶的补强填充剂。轻质碳酸钙具有半补强性,能提高硫化胶的拉伸强度、撕裂强度以及耐磨性能,且在高填充下不会导致过高的定伸应力,在胶料中易分散、不影响硫化。

 

纳米碳酸钙粉体与普通碳酸钙粉体相比,具有小尺寸效应和表面效应,能够产生普通碳酸钙不具备的优异性能,在橡胶制品中主要起补强、填充、调色的作用。纳米碳酸钙活性高,补强性能远远大于轻质碳酸钙,与沉淀法白炭黑相当。纳米碳酸钙在橡胶中有良好的分散性和相容性,可使橡胶易混炼、易分散、能改善胶料的加工性能,提高制品的力学性能。同时纳米碳酸钙具有空间立体结构,粒子形态多样,研究发现不同晶型的纳米碳酸钙对橡胶的补强效果不一,其中以连锁状纳米碳酸钙对橡胶的补强效果最好。

 

活性碳酸钙,一般具有粒径小、吸油值低、分散性好、补强性好等特点。改性碳酸钙的补强性能要远远优于未改性碳酸钙,其补强性主要是由于表面改性剂是具有两亲基团的有机物,即具有亲水基团和亲油基团,表面改性剂通过两个基团将碳酸钙和橡胶紧密结合在一起,这有利于提高橡胶的物理机械性能,改善加工性能,并提高制品的延伸性、拉伸强度、撕裂强度等性能。

 

5、胶粘剂

 

纳米活性碳酸钙属于结构和增强型填充剂,能极大地提高胶的粘合性、拉伸强度、模量和硬度,在胶粘剂领域应用广泛。

 

碳酸钙可用于多种胶黏剂/密封材料(树脂)体系,如:聚氨酯、多硫化物、聚硅氧烷、改性聚硅氧烷、聚丁烯、脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂等,用于高档有机硅胶、聚氨酯胶、聚硫胶等。

 

除了纳米碳酸钙,其他碳酸钙也可以用于胶粘剂当中,但不同种类的碳酸钙对胶粘剂性能的影响不同。纳米碳酸钙粒径小,补强效果最好,制得的密封胶触变性好、拉伸强度和断裂伸长率最高;轻质碳酸钙和重质碳酸钙粒径稍大,补强效果次于纳米碳酸钙,但其制得的密封胶产品流动性好;轻质碳酸钙制得的密封胶硬度最高,重质碳酸钙制得的密封胶硬度最低。高温处理后,不同碳酸钙制成的硅酮密封胶强度和伸长率都会有所降低;低温处理后,不同碳酸钙制成的硅酮密封胶强度和伸长率都会有所提高。

 

此外,在胶粘剂中添加纳米碳酸钙晶须,当材料遭到破坏形变时,冲击方向上会出现银纹状突起,这些银纹状突起的存在会吸收大量的冲击能。同时,碳酸钙晶须经表面改性处理后在树脂材料中分散性大幅提高,这些都有利于树脂材料抗冲击性能的提高,即可达到非常好的增韧效果。

 

6、医药

 

由于碳酸钙材料普遍具备良好的生物相容性,可降解能力,pH响应能力,载体能力,凝血等功能,在生物医学领域,使得其在针对不同疾病时得到广泛应用,也因此碳酸钙材料常被用来构建综合治疗的复合平台。

 

例如,在皮肤修复领域,碳酸钙材料通过改进后,同时提供皮肤修复、抗菌、消炎以及凝血等功能;在骨修复领域,提供钙源,促进干细胞分化;在肿瘤治疗领域中,纳米碳酸钙被用来载入阿霉素等化疗药物,以及造影剂等,实现肿瘤的诊疗一体。

 

碳酸钙作为一种生物相容性良好的矿物材料,还能够与肿瘤微环境内的质子反应来中和肿瘤微酸,从而提高化学药物疗法和免疫疗法的治疗效果。

 

7、油墨

 

油墨中主要应用超细活性碳酸钙(纳米钙),其呈现出优异的分散性,透明性,极好的光泽和遮盖力,以及优异的油墨吸附性和干燥性,晶形为球形或立方形。

 

8、食品

 

碳酸钙添加在食品中可以补充人体所需钙,用做补钙剂、赋型剂等。

 

9、日化

 

在牙膏中用作摩擦剂,由于碳酸钙具有高纯度,高白度以及粒度细等优点,应用于化妆品中提高其遮盖力和光泽度。

 

结语

 

碳酸钙号称“百搭材料”其应用非常广泛,不过主要的应用领域中基本的应用技术研究都比较成熟,在实际应用中只要把握好钙粉和基材物理、化学性质的内在关联和主要矛盾即可。

 

参考来源:

李建军主编塑料配方设计(第三版)化学工业出版社

周春晖主编《碳酸钙清洁加工和产品链》化学工业出版社

迟永杰,纳米碳酸钙介导的肿瘤细胞“钙死亡”与协同治疗效应,中国地质大学(北京)

郑水林,等:重质碳酸钙生产技术现状与趋势,中国矿业大学(北京)

王春杰,碳酸钙基生物材料的可控制备与肿瘤治疗增效研究,苏州大学

梁佳正,等:碳酸钙在造纸行业中的应用及发展趋势,广西大学

钙帮、粉体网等

 

(中国粉体网编辑整理/昧光)

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