资源型矿物简介、纳米碳酸钙摘要.ppt

1.4 纳米碳酸钙的应用 纳米碳酸钙是用量最大、适用范围最广的一种无机填充剂。 (1) 橡胶工业 橡胶行业是目前纳米碳酸钙最大的应用领域，它不仅可以增加产品体积、节约昂贵的天然橡胶和降低成本，而且还可以改进橡胶的加工性能。添加了纳米碳酸钙的橡胶产品，其硫化胶拉长率、抗撕裂性能、压缩变形和耐屈挠性能都明显好于添加一般碳酸钙的产品，且纳米碳酸钙具有良好的补强和增白作用，可制得透明和半透明的橡胶产品。 影响纳米碳酸钙在橡胶中补强性能的因素，有粒度、晶体形状、表面性质等多种。纳米碳酸钙的形状越复杂，与橡胶分子的结合越牢固。不同形状纳米碳酸钙在橡胶中的补强性能，由强到弱的顺序为：链状针状球形立方形。 纳米碳酸钙粒子与橡胶分子的结合程度，与其表面性质有关。碳酸钙经活化处理后，与橡胶分子的相容性增大，同时，表面的活性基团与橡胶分子键合，增强了橡胶制品的机械强度。 (2) 塑料工业 纳米碳酸钙作为廉价的纳米粒子，用作塑料填料，在增加塑料产品体积、降低成本、提高稳定性、硬度和刚度，改进塑料的加工性能、提高其耐热性、改进塑料的散光性、抗擦伤性、平滑度和对缺口抗冲击强度的增韧效果及混炼过程中的粘流性等方面都具有明显的效果，同时还赋予塑料滞燃性。 (3) 造纸工业；(4)油墨工业 (5)涂料工业；（6）保健食品与饲料工业 (7) 日化与医药工业 5.1、纳米碳酸钙制备 东北大学矿物材料与粉体技术研究中心 高鹏 第五章、非金属矿物材料 1.1、概念 纳米材料：在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。 纳米碳酸钙：指化学合成碳酸钙的粒径在0.1~100nm范围内的产品。 根据纳米碳酸钙粒度及应用性能不同，又可分为两种碳酸钙产品： 超细碳酸钙(粒径20~100nm)； 超微细碳酸钙(粒径≤20nm) 。 纳米碳酸钙作为新型高档功能性填充材料，广泛用于橡胶、塑料、油墨、造纸等行业。 纳米碳酸钙，按照颗粒形状的不同可以分为纺锤形、立方形、球形、链状、纤维状、棒状、片状和无定形等多种，其中以纺锤形、立方形、纤维状、链状和片状最为普遍。 纳米碳酸钙是最为廉价的纳米粉体材料，它所具有的特殊的量子隧道效应、小尺寸效应(也称体积效应)、表面效应等，使其与常规粉体材料相比在补强性、透明性、分散性、触变性等方面都显示出明显的优势。 当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。 光学性质 当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。 热学性质 固体物质在粗晶粒尺寸时，有其固定的熔点，超细微化后，却发现其熔点显著降低，当颗粒小于10nm时变得尤为显著。如块状的金的熔点为1064℃，当颗粒尺寸减到10nm时，则降低为1037℃，降低27℃，2nm时变为327℃；银的常规熔点为690℃，而超细银熔点变为100℃。 磁学性质 人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。大块的纯铁矫顽力约为80安/米，而当颗粒尺寸减小到20纳米以下时，其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于 纳米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。 力学性质 陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。 研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。至于金属一陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。 超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。 1.2、纳米碳酸钙合成方法 1.2.1 Ca(OH)2-H2O-CO2（碳化法） 间歇碳化法类似于传统轻质碳酸钙的制备方法，不同的是轻质碳酸钙是在鼓泡塔中进行反应，而纳米碳酸钙的制备一般是在搅拌反应器中进行，通过搅拌改善反应体系的传质、传热效果。间歇碳化法必须对反应条件进行严格的控制，主要的控制因素有Ca(OH)2浓度、CO2流量、反应温度、添加剂用量、添加剂加入时间等 喷雾碳化法是将精制的石灰乳在空心锥形压力式喷嘴的作用下，雾化成直径约为0.1mm的液滴，均匀地从碳化塔顶部淋下，与塔底进入的二氧化碳混合