固-纳米CaCO3的制备及其原位表面包覆改性技术.doc

纳米CaCO3的制备及其原位表面包覆改性技术一、项目简介碳酸钙是一种用量最大、用途最广的无机填料，由于其原料广、价格低、无毒性、白度高，得到了广泛的应用。但因普通碳酸钙属于低档产品，对制品的性能提高有限，因此制品的附加值低。纳米碳酸钙是20世纪80年代发展起来的一种新型超细化固体材料，是以非金属矿石灰石为原料、采用纳米粉体合成技术沉淀法制备的重要无机盐新产品。其粒径在1100 nm之间，粒径小，活性好，是一种新型高档功能性无机材料。近年来，随着碳酸钙的超细化、结构复杂化及表面改性技术的发展，它的应用价值得到了极大地提高。与普通CaCO3相比，纳米CaCO3具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应，使其在材料的增韧、补强、增透、触变、流动和杀菌消毒等改性方面具有明显的优势，特别是其增韧补强性能，极大地改善和提高了相关行业产品的性能和质量。因此，纳米碳酸钙被广泛用作产品的补强剂、填充剂、添加剂、增韧剂及增白剂等，以降低成本、增强制品功能、改善制品品质、增加制品附加值等。本项目技术利用具有自主知识产权的纳米CaCO3碳化反应釜，通过控制Ca(OH)2浓度、CO2浓度及流量、反应温度、搅拌速度、反应釜压力、晶型控制剂类别和用量等条件，可制备出晶型为方解石，形状诸如立方体、链状、纺锤状、球状、片状等各种纳米CaCO3粉体，粉体质量稳定，纯度高，粒度细且均匀，白度较高。其中，制得的立方体结构的CaCO3粒径在50nm左右，分布范围窄；链状结构粒径在20nm，长径比达到6以上。本技术生产的纳米碳酸钙性能稳定，晶型丰富，适用性广，产品附加值高。同时，通过利用原位表面包覆改性技术，针对不同应用领域采用不同的工艺方法和表面改性剂，可制备出各种专用的纳米CaCO3粉体，如橡胶专用纳米CaCO3、塑料专用纳米CaCO3、造纸专用纳米CaCO3、涂料专用纳米CaCO3、油墨专用纳米CaCO3、密封胶黏剂专用纳米CaCO3等。此外，本课题组长期从事纳米粉体材料的制备和应用方面的研究工作，不仅根据实际应用需求制备出了各种类型的纳米粉体材料，而且发展了无机粉体材料规模分散技术、消除硬团聚和防止二次团聚技术，解决了粉体在塑料、橡胶和涂料制品中应用的瓶颈问题。二、市场需求预测及效益分析纳米CaCO3应用领域涉及：橡胶制品行业，用于轮胎、胶管、胶带以及油封、汽车配件等橡胶制品中；塑料工业，用于工程塑料改性、PP、PE、PA、PC等；涂料工业，水性涂料和油性涂料；胶粘剂和密封胶工业，硅酮、聚流、聚氨酯、环氧等密封结构胶；造纸工业，卷烟纸、记录纸、簿页印刷纸、高白度铜版纸以及高档卫生巾、纸尿布等；油墨工业，适用于平版胶印油墨、凹版印刷油墨等。纳米碳酸钙应用最成熟的行业是塑料工业，主要应用于高档塑料制品改性。用于汽车内部密封的PVC增塑溶胶，可改善塑料母料的流变性，提高其成型性。用作塑料填料具有增韧补强的作用，可提高塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量，热变形温度和尺寸稳定性，同时还赋予塑料滞热性。纳米碳酸钙用于油墨产品中体现出了优异的分散性、透明性和极好的光泽及优异的油墨吸收性和高干燥性。纳米碳酸钙在树脂型油墨中作油墨填料，具有稳定性好，光泽度高，不影响印刷油墨的干燥性能，适应性强等优点。造纸业是纳米碳酸钙最具开发潜力的市场。目前，纳米碳酸钙还主要用于特殊纸制品，如女性用卫生巾、婴儿用尿不湿等。纳米活性碳酸钙作为造纸填料具有以下优点：高蔽光性、高亮度，可提高纸制品的白度和蔽光性；高膨胀性，能使造纸厂使用更多的填料而大幅度降低原料成本；粒度细、均匀，使制品更加均匀、平整；吸油值高，能提高彩色纸的预料牢固性。纳米碳酸钙在涂料工业作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点。纳米级超细碳酸钙具有空间位阻效应，在制漆中，能使配方中密度较大的立德粉悬浮，起防沉降作用。制漆后，漆膜白度增加，光泽度高，而遮盖力却不降低，主要用于高档轿车漆。橡胶工业是纳米碳酸钙的主要应用市场之一。添加钠米碳酸钙的橡胶，其硫化胶升长率、撕断性能、压缩变形和耐屈性能，都比添加一般碳酸钙的高。加入用树脂酸处理的纳米碳酸钙后，有的橡胶制品撕裂强度提高4倍以上。纳米碳酸钙在饲料行业中可作为补钙剂，增加饲料含钙量；在化妆品中使用，由于其纯度高、白度好、粒度细，可以替代钛白粉。我国碳酸钙矿产资源丰富，分布广泛，因此开发与生产这类高附加值系列CaCO3产品前途广阔，经济效益明显，并可实现国内低档碳酸钙产品更新换代，促进我国碳酸钙工业以及橡塑、涂料、造纸等相关行业的发展。充分利用国内资源、技术、产品成本与性能的优势，参与国际竞争，具有巨大的社会效益和经济效益。目前，广东恩平、山西芮城及江西等全国各地都有纳米碳酸钙的生产，大部分采用的是超重力合成法，就晶型丰富性方面，我们采用的技术具有较大优势。因此，本项目要充分利用好自身技术优势，建设千吨万吨级生产线，实现规模化生产，降低生产成本，开拓更广泛的市场。三、项目团队介绍本团队长期从事纳米粉体材料的制备和应用方面的研究工作，不仅根据实际应用需求制备出了各种类型的纳米粉体材料，而且发展了无机粉体材料规模分散技术、消除硬团聚和防止二次团聚技术，解决了粉体在塑料、橡胶和涂料制品中应用的瓶颈问题。例如我们采用偏钛酸水解的方法成功制备金红石型和锐钛矿型的纳米二氧化钛粉体，并摸索出了一条具有普适性的纳米粉体制备、洗涤、干燥生产工艺，成功解决了纳米粉体规模化生产中洗涤和干燥困难的难题。该成果已于1995年在江苏省泰兴市实现规模化生产，并被国家计委定为“工业性示范项目”；我们以价格相对低廉的工业原料水玻璃成果制备出了粒径10nm左右纳米二氧化硅粉体，并成功将该技术实现了产业化，1998年