纳米碳酸钙6大应用领域及指标要求

1、纳米碳酸钙在塑料中的应用

   在塑料的加工与生产中，普通碳酸钙产品只能作为一般的填料使用，而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，纳米碳酸钙对PVC塑料具有很好的补强增韧作用，其主要的纳米特性使加工后的PVC塑料具有很好的强度、阻隔性、阻燃性、热稳定性等力学性能。

塑料行业对纳米碳酸钙的技术要求主要有：

• 吸油值：塑料行业对纳米碳酸钙的吸油值要求一般都很低，因为纳米碳酸钙的粒径小，比表面积大，如果吸油值大则混炼时消耗的增塑剂就多，使体系粘度升高，不仅影响了加工性能，而且使生产成本上升。

• 晶形：以立方体、球形为主，这些晶形的产品表现出的流动阻力较小，易于生产加工，且不影响塑料制品的表面光泽度。

• 粒径：应用于塑料中的纳米碳酸钙粒径一般控制在100nm左右，粒径过大不能体现纳米碳酸钙的效果，且会影响制品的外观；粒径过小会导致表面能增加，颗粒团聚严重，很难在加工时完全分散，导致制品表面出现颗粒。

• 分散性：应选择高分散性的纳米碳酸钙，如果纳米碳酸钙团聚严重，则二次粒径会比一次粒径大得多，而塑料加工混炼剪切力不是太强，有些团聚严重的纳米碳酸钙不容易打散，在应用时会引起局部缺陷，导致产品质量出现问题。

• 水分：水分控制应不高于0.5%，若水分过高，会使塑料表面产生气泡或空鼓等现象。

• pH值：纳米碳酸钙的pH值应控制在10以下，若PH值偏高，会影响制品的白度，表面光泽度，使外观变差，同时pH高还会使体系的粘度升高，影响加工过程。

    在应用于塑料行业的各种非金属矿粉材料中，碳酸钙用量最大，约占到塑料添加剂总量的60～70%，但在高性能化应用研究中仍存在很多问题，特别是如何解决纳米碳酸钙的团聚，如何改进纳米碳酸钙分散效果，如何提升复合材料的粘结强度等方面尚未有效解决。

2、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。目前应用在橡胶中的碳酸钙以重质碳酸钙和普通轻质碳酸钙为主，纳米碳酸钙的应用领域和范围也在不断扩大，添加纳米碳酸钙的橡胶制品在伸长率、压缩变形、耐屈服性、抗撕裂性方面要远强于普通的碳酸钙。通过特殊工艺处理的纳米碳酸钙，表面活性高，在紫外线照射下，可析出自由移动的电子，极易与氧气或有机物发生反应，杀死病毒和细菌，故纳米碳酸钙还具有杀菌消毒的效用。

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。

橡胶行业对纳米碳酸钙的技术要求主要有：

• 吸油值：橡胶行业对纳米碳酸钙的吸油值要求较高，吸油值越高，对橡胶的浸润性和补强性就越好。

• 晶形：由于橡胶要求补强性能非常高，故纳米碳酸钙的晶形应以链状或链锁状为主，加工时链段会相互缠绕，可增强体系的强度。

• 粒径：应用于橡胶中的纳米碳酸钙粒径一般以80～120nm为宜，粒径过大无法起到补强的效果，而粒径过小与橡胶浸润的接触面积增大，使分散困难，影响橡胶的混炼。

• 水分：水分控制应不高于0.5%，若水分过高，则硫化的焦烧时间延长，不利于硫化速率的提升。

• pH值：纳米碳酸钙的pH值主要影响其硫化速率，一般应控制在9.5～10.5，若pH值偏低，则硫化速率变慢，降低效率同时增加能耗。

   在橡胶中添加纳米碳酸钙，可使胶料补强效果明显提升，同时还可改善材料的抗老化性，耐油性，分散性。相比于普通轻钙产品，纳米碳酸钙的补强效果更好，但比炭黑和白炭黑差，如果用纳米碳酸钙全部取代炭黑和白炭黑，会使材料的强度降低，如果使用量太大，还会发生粘辊现象，故在技术配方上需合理调试，不断优化。

3、纳米碳酸钙在胶黏剂中的应用

   胶黏剂主要由基胶、固化剂、填料、偶联剂、催化剂等组成。胶黏剂随着我国房地产、包材、建材等领域的飞速发展用量急剧增加，纳米碳酸钙作为胶黏剂的重要填料之一，不仅价格较低，而且与胶黏剂相容性好，可加速胶的交联过程，提升触变性，提高粘结性、拉伸强度及补强效果。目前，纳米碳酸钙在聚硅氧烷密封胶中的应用技术已比较成熟，而在聚氨脂胶中的应用仍处于起步阶段，聚氨脂胶具有优异的粘结性和耐老化性，同时具有硅酮胶不具备的表面可涂饰性，并在无污染性、良好粘结性和耐候性的应用领域，聚氨脂胶具有明显优势。

胶黏剂行业对纳米碳酸钙的技术要求主要有：

• 吸油值：吸油值是硅酮胶生产厂家非常关注的一项指标，直接影响纳米碳酸钙在胶中的浸润性，较高的纳米碳酸钙在力学性能和触变性上较有优势，但会导致胶体粘稠，消耗更多助剂，增加了生产成本，不同厂家的配方体系对纳米碳酸钙吸油值要求各不相同，要视具体情况而定。

• 晶形：一般为立方体或菱形六面体，同时也需与产品的技术要求及生产设备相适应。

• 粒径：一般控制在60～100nm，若粒径太大，会降低胶的力学性能，同时会导致胶的触变性变差，易流挂；粒径太小，纳米碳酸钙团聚严重，生产时会使捏合变得困难，还容易导致分散性变差，胶体表面出现麻点。

• 水分：应用于胶黏剂的纳米碳酸钙要求水分越低越好，一般要求小于0.5%，若纳米碳酸钙的水分较高，其表面的羟基增多，聚集体呈现出相互凝聚的倾向，在基胶作用下形成三维网络，使胶料粘度增大，造成混炼时间加长，导致产量降低同时能耗增加；水分过多还会与制胶的助剂反应生成颗粒物，造成制品分散性变差，出现颗粒。在聚氨脂胶中，含有较多异氰酸根易发生水解，生成CO₂是产品表面出现发泡现象。

• pH值：碳酸钙是一种弱碱盐，pH值在8～10，纳米活性碳酸钙表面包覆剂一般多为弱有机酸或有机酸盐，对其表面有一定的中和作用，在生产过程中，碳酸钙返碱现象非常常见，若处理不好存在的碱会与胶料中的酸性成分生成水，使硅氧烷水解产生无机颗粒，不仅使制品外观变差还会影响其力学性能。

• 比表面积：由于粒径控制在60～100nm，对应的比表面积应控制在20～25m²/g为宜，当比表面积过大，虽然补强效果增强，但同时会导致胶的挤出性能变差，同时也会影响产品的分散效果。

   目前，国内很多企业都在对新型胶黏剂做深入研究，如聚氨脂胶，MS胶等，不同的体系对纳米碳酸钙的技术要求也不一样，随着研究的深入和技术的成熟，纳米碳酸钙在新型胶黏剂领域会发挥更大的作用。

4、纳米碳酸钙在涂料中的应用

   重质碳酸钙、轻质碳酸钙、纳米碳酸钙在涂料中均有广泛应用，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。在某些行业中，如汽车涂料、建筑涂料等，纳米碳酸钙可部分或完全替代售价高昂的钛白粉，以降低企业成本。

PVC塑溶胶体系对纳米碳酸钙的主要技术标有：

• 吸油值：一般要求较低，若吸油值偏高会导致体系粘度升高，同时需要更多增塑剂，增加了生产成本，但不同产品对纳米碳酸钙吸油值要求也不完全不相同，要视具体情况而定，如有的客户需要高吸油值、高粘度、高屈服值的产品。

• 晶形：一般为立方体形。

• 粒径：一般控制在60～100nm，若粒径太大，会降低体系粘度，影响其力学性能，同时会导致体系触变性变差；若粒径太小，纳米碳酸钙团聚严重，易导致分散性变差，胶体表面出现麻点，同时，则会引起粘度、屈服值的升高。

除了以上常规检测指标外，应用于PVC塑溶胶体系的纳米碳酸钙还对一些应用性能有专门要求：

• 有良好的触变性，即高剪切变稀，低剪切变稠，纳米碳酸钙在PVC塑溶胶体系中施工时，在高剪切速率下粘度减小，有助于涂料的流动，而处于施工前后低剪切速率条件下粘度变高可有效防止涂料的流挂；

• 具有较高的屈服值，可使涂料具备较好的强度，防止小的扰动和外力冲击；

• 具备良好的质量稳定性。

   目前，国内的纳米碳酸钙相比进口产品，在质量稳定性上存在较大差距，往往一些较好的指标很难持续出现和保持。

5、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、干燥性能等优势，可综合提高油墨的质量且降低生产成本。

应用于油墨中的纳米碳酸钙要求性能较高，具体如下：

• 使用后油墨应表现出良好的分散性，吸收性，透明性、光泽性及良好的遮盖力和印刷适应性，分散性的好坏决定了油墨的光泽度、流动性和透明度；

• 纳米碳酸钙的晶形以立方体为主，立方体的纳米碳酸钙具有较低吸油值，较好的流动性，易分散等特点；

• 粒径一般在20～100nm之间；流动度与晶形、粒径有关，立方体和球体晶形表现出较大的流动度，而链状的则表现出较小的流动度，生产企业需根据生产油墨的类型来选择合适的纳米碳酸钙；

• 光泽度的油墨的一项重要指标，与碳酸钙的晶形和粒度分布有关，立方体的纳米碳酸钙粒径分布较窄，在油墨涂层中排列整齐，使印刷物表面平整，表现出良好的光泽性；

• 白度要求较低，因还需加入其他颜料，白度太高会引起不易着色。

   在油墨行业中，纳米碳酸钙起着重要的作用，油墨的质量决定着印刷品的质量，使用纳米碳酸钙配制的油墨光滑、稳定、印刷性好、遮盖力强，在印刷过程中还表现出较好的吸墨性，有助于油墨的快干。

6、纳米碳酸钙在造纸中的应用

在造纸行业中，纳米碳酸钙的应用主要在以下几方面：

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%，是因为纳米碳酸钙具有折光率高，不透明性较好，使卷烟纸内部的烟丝无法从外部看到；烟在燃烧时，碳酸钙释放出的CO₂，一定程度上控制了燃烧速度又不至于使烟熄灭，同时碳酸钙可使燃烧后的灰分很好的保持在原有位置；可增加纸张的透气性，使卷烟中焦油的含量降低。

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。

在造纸涂料中的应用。与造纸填料不同的是，涂布用的纳米碳酸钙主要以料浆的的形式运输，优点是节省生产能耗，降低成本，无粉尘很环保，可直接泵入使用，简化生产流程。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。

    在不同的产品中，对纳米碳酸钙晶形的要求也不相同。用在造纸填料时以纺锤形、链状、球状为主；在卷烟纸中使用时以纺锤形、针状为主；用在造纸涂料中时以纺锤形、片状、立方形为主。

   纳米碳酸钙在造纸行业的应用仍有巨大的开发潜力，由于在使用过程中仍存在很多技术瓶颈和应用问题需解决，目前造纸用的高档纳米碳酸钙产品仍依赖进口。但随着造纸技术的不断发展，造纸工艺由原来的酸性施胶向中性、碱性施胶工艺转变，为碳酸钙在造纸中的发展提供了良好契机，纳米碳酸钙的应用也会变得更加广泛。