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碳酸钙晶须材料的生产工艺及应用知识简介
2015年04月15日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:13583
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碳酸钙晶须是继纳米碳酸钙之后的又一种新型无机填充,无毒,无气味,呈白色篷松状固体(显微镜下为针状单晶体)。晶须是在受控条件下培植生长的高纯纤细单晶,其晶体结构近乎完整,不含有晶界、位错、空洞等晶体缺陷,因而具有优异的力学性能及物理性能。碳酸钙晶须材料是一种环保的晶须材料,具有造价低廉、性能优异的特点,作为新一代填充材料该产品具有如下性能和特点:

 

1. 综合性能高的机械强度,并在使用过程中能减振,防滑,降噪,吸波,综合性能好,摩擦系数高,耐磨性能和耐热性能高。  

2. 摩擦性能稳定,热衰退与热恢复性能较好,特别是碳酸钙晶须的填充更将增摩减磨有机地统一在一个体系中,高温摩擦磨损性能优越。   

3. 产品寿命能提高30%,能减少芳沦纤维,钢纤维,紫铜,钛酸钾,等高价值材料的用量,使摩擦材料成本大大降低。   

4. 原料来源丰富,价格低,不会因为原料问题而对生产产生影响, 产品摩擦后产生的粉末无毒,污染小。

 

碳酸钙晶须是以来源广泛、价格低廉的石灰石为原料,在较低温度(<100< span="">℃)水相体系中即可制得,与其它需要高温或较复杂工艺制得的晶须材料相比,碳酸钙晶须的制造成本低、工艺简单,易于工业化生产;生产和使用过程洁净、无污染。 


碳酸钙晶须显微图像


一、碳酸钙晶须的制备:

1碳酸化法

碳酸化法是目前国内外研究最多,也是较为成熟的一种方法。通过向Ca(OH)2水装料中通入CO2气体来实现,在Ca(0H)2浆料中,预先加入针状碳酸钙晶种或有利于晶体沿一维方向生长的磷酸系化合物、Mg2+盐等晶型控制剂。通过控制Ca(0H)2浆料的浓度、反应温度及CO2气体的通入速度等气液反应条件合成碳酸钙晶须。类似于工业上合成轻质碳酸钙的气液法,因此也有人称此法为气液合成法。碳酸化法制备的碳酸钙晶须绝大部分是文石相含有少量的方解石相,显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对晶须的进行了形貌分析,结果表明所制备的碳酸钙晶须表面光滑、均匀性好、长径比大。

 

2、复分解制备法

复分解制备法是可溶性的碳酸盐溶液与可溶性(或微溶性)钙盐溶液之间的反应。一般水溶性钙盐与碳酸盐溶液反应总是生成方解石,文石型晶须的合成需要严格控制反应温度、料浆浓度、反应时间、搅拌强度等合成条件。该法的最大弱点就是反应物的浓度不能太高。若想将较高浓度的可溶性碳酸盐溶液加入到可溶性钙盐溶液中进行反应制备碳酸钙晶须,困难较大。为了能够提高反应物的浓度,往往需要向反应体系中添加各种晶型控制剂。此外,该法由于溶液浓度、温度的不均一,会影响碳酸钙晶须的纯度和均匀性。  

 

3尿素水解法

尿素水解法是利用尿素水解缓慢释放出C032-,降低文石合成的过饱和度,一般用可溶性钙盐(CaCl2Ca(N03)2)作为钙源,C032-的生成速度随尿素水解速度而定,因此碳酸钙晶须的形貌与大小比较容易控制。采用尿素与可溶性Ca2+盐体系反应,利用尿素水解产生的二氧化碳来制备晶须。 此法的优点在于CO32-的产生速度受尿素水解速度的控制而恒定,所以能生成均一的文石相碳酸钙晶须。缺点是尿素用量大(是钙盐用量的3),成本高,不适合大规模工业生产。而且需在恒定的高温(110)高压条件下进行所以能耗大、危险性高。

 

二、碳酸钙晶须的应用  

1在造纸领域中的应用

文石型碳酸钙晶须较传统方解石型碳酸钙填料有更高的留着率,更小的纸张强度降低率。用碳酸钙晶须可以替代部分木浆(草浆),减少天然植物纤维的消耗和制浆过程中废水的排放等。同时纸张的白度、强度、透气性、韧性等均会明显改善。还可以减少常用的滑石粉、二氧化钛、普通碳酸钙、高岭土之类的填料对纸张的强度、松厚度、粘度等所产生的负面影响。因此,碳酸钙晶须在造纸行业上的应用,综合效益好。

 

2、在复合材料中的应用  

碳酸钙晶须的直径细小,对塑料起着微观增强效果,用其增强的塑料制品表面光洁度高,能用于精密塑料制品的成型碳酸钙晶须具有强度高、模量高、耐热与隔热性好等优良特性,是一种质优价廉的绿色环保材料。用其增强高分子材料,可将无机晶须的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与高分子材料的韧性相结合,制备出高性能的高分子复合材料。

 

3、在建材中的应用

纤维状无机填充物历来被认为有致癌的危险,纤维头部锐利易刺入肺中而引起炎症发展成癌变。(可参考石棉危害的相关文献)环保型碳酸钙晶须作为填充物时,由于碳酸钙在酸性条件下可分解成为可溶性物质,因此它的粉尘即使被操作人员吸入后,也能在人体内分泌酶的作用下被分解而排出体外,对人体的安全无危害性影响。因此,可以说碳酸钙晶须是一种绿色建筑材料原料。 碳酸钙晶须与水泥基材料具有良好的相容性,不同掺量水平下,碳酸钙晶须掺量对水泥基复合材料力学性能均有比较可观的增强效果,而且碳酸钙 晶须对水泥浆料流动度的劣化影响不显著,明显低于碳纤维。将碳酸钙晶须这一新型晶体纤维状材料应用于通用水泥中,通过改善复合材料的微观结构、力学性能,实现增强增韧的目标,显著提高增强体系的综合性能。碳酸钙晶须将成为水泥基增强材料的新锐,为纤维混凝土的研究和应用开拓了新的领域。

 

4、在摩擦材料中的应用

使用了碳酸钙晶须的刹车片,在机动车刹车过程中,能够使刹车片的摩擦系数不发生大的变化,尤其是长时间刹车过程中,不会因为刹车时导致刹车片温度的升高引起刹车片的失效或“抱死”,从而提高了刹车片使用过程中的安全性能。江南大学研究人员选用碳酸钙晶须用于汽车制动器衬片,研究了其增摩减磨性能。实验结果表明:当配方含15%碳酸钙晶须时,具有高温摩擦系数稳定、磨损率小、力学性能好等优点,综合性能及性价比高。

  

5、在涂料中的应用

碳酸钙晶须作为涂料的增粘剂,能显著提高涂料的黏度,增加触变性,提高涂料的抗开裂、附着力、粘接强度等性能。将碳酸钙晶须加入硅溶胶、VAE(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)乳液、苯丙乳液等基体中,不仅可以显著提高复合体系的黏度,而且可以改善抗开裂性、附着力、强度等。受基体的保护作用,碳酸钙晶须在硅溶胶、苯丙乳液中的断裂现象很少,完整的碳酸钙晶须能够起到骨架的作用,更好地发挥其优异的力学性能。  

  

小结:综上所诉,碳酸钙晶须的优异性能使得它的应用领域非常广泛。碳酸钙企业如果加大投入,大力开发实用化的碳酸钙晶须生产工艺技术,一旦能够获得以较低成本大规模生产碳酸钙晶须的技术成果,必将推动碳酸钙晶须粉体迅速应用于汽车、造纸、电气、涂料等众多行业领域。企业将由此获得强大的市场竞争力和巨大的经济效益。

(粉体圈 作者:敬之)

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