固-納米CaCO3的制備及其原位表面包覆改性技術.doc

納米CaCO3的制備及其原位表面包覆改性技術一、項目簡介碳酸鈣是一種用量最大、用途最廣的無機填料，由于其原料廣、價格低、無毒性、白度高，得到了廣泛的應用。但因普通碳酸鈣屬于低檔產(chǎn)品，對制品的性能提高有限，因此制品的附加值低。納米碳酸鈣是20世紀80年代發(fā)展起來的一種新型超細化固體材料，是以非金屬礦石灰石為原料、采用納米粉體合成技術沉淀法制備的重要無機鹽新產(chǎn)品。其粒徑在1100 nm之間，粒徑小，活性好，是一種新型高檔功能性無機材料。近年來，隨著碳酸鈣的超細化、結構復雜化及表面改性技術的發(fā)展，它的應用價值得到了極大地提高。與普通CaCO3相比，納米CaCO3具有量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子效應，使其在材料的增韌、補強、增透、觸變、流動和殺菌消毒等改性方面具有明顯的優(yōu)勢，特別是其增韌補強性能，極大地改善和提高了相關行業(yè)產(chǎn)品的性能和質量。因此，納米碳酸鈣被廣泛用作產(chǎn)品的補強劑、填充劑、添加劑、增韌劑及增白劑等，以降低成本、增強制品功能、改善制品品質、增加制品附加值等。本項目技術利用具有自主知識產(chǎn)權的納米CaCO3碳化反應釜，通過控制Ca(OH)2濃度、CO2濃度及流量、反應溫度、攪拌速度、反應釜壓力、晶型控制劑類別和用量等條件，可制備出晶型為方解石，形狀諸如立方體、鏈狀、紡錘狀、球狀、片狀等各種納米CaCO3粉體，粉體質量穩(wěn)定，純度高，粒度細且均勻，白度較高。其中，制得的立方體結構的CaCO3粒徑在50nm左右，分布范圍窄；鏈狀結構粒徑在20nm，長徑比達到6以上。本技術生產(chǎn)的納米碳酸鈣性能穩(wěn)定，晶型豐富，適用性廣，產(chǎn)品附加值高。同時，通過利用原位表面包覆改性技術，針對不同應用領域采用不同的工藝方法和表面改性劑，可制備出各種專用的納米CaCO3粉體，如橡膠專用納米CaCO3、塑料專用納米CaCO3、造紙專用納米CaCO3、涂料專用納米CaCO3、油墨專用納米CaCO3、密封膠黏劑專用納米CaCO3等。此外，本課題組長期從事納米粉體材料的制備和應用方面的研究工作，不僅根據(jù)實際應用需求制備出了各種類型的納米粉體材料，而且發(fā)展了無機粉體材料規(guī)模分散技術、消除硬團聚和防止二次團聚技術，解決了粉體在塑料、橡膠和涂料制品中應用的瓶頸問題。二、市場需求預測及效益分析納米CaCO3應用領域涉及：橡膠制品行業(yè)，用于輪胎、膠管、膠帶以及油封、汽車配件等橡膠制品中；塑料工業(yè)，用于工程塑料改性、PP、PE、PA、PC等；涂料工業(yè)，水性涂料和油性涂料；膠粘劑和密封膠工業(yè)，硅酮、聚流、聚氨酯、環(huán)氧等密封結構膠；造紙工業(yè)，卷煙紙、記錄紙、簿頁印刷紙、高白度銅版紙以及高檔衛(wèi)生巾、紙尿布等；油墨工業(yè)，適用于平版膠印油墨、凹版印刷油墨等。納米碳酸鈣應用最成熟的行業(yè)是塑料工業(yè)，主要應用于高檔塑料制品改性。用于汽車內部密封的PVC增塑溶膠，可改善塑料母料的流變性，提高其成型性。用作塑料填料具有增韌補強的作用，可提高塑料的彎曲強度和彎曲彈性模量，熱變形溫度和尺寸穩(wěn)定性，同時還賦予塑料滯熱性。納米碳酸鈣用于油墨產(chǎn)品中體現(xiàn)出了優(yōu)異的分散性、透明性和極好的光澤及優(yōu)異的油墨吸收性和高干燥性。納米碳酸鈣在樹脂型油墨中作油墨填料，具有穩(wěn)定性好，光澤度高，不影響印刷油墨的干燥性能，適應性強等優(yōu)點。造紙業(yè)是納米碳酸鈣最具開發(fā)潛力的市場。目前，納米碳酸鈣還主要用于特殊紙制品，如女性用衛(wèi)生巾、嬰兒用尿不濕等。納米活性碳酸鈣作為造紙?zhí)盍暇哂幸韵聝?yōu)點：高蔽光性、高亮度，可提高紙制品的白度和蔽光性；高膨脹性，能使造紙廠使用更多的填料而大幅度降低原料成本；粒度細、均勻，使制品更加均勻、平整；吸油值高，能提高彩色紙的預料牢固性。納米碳酸鈣在涂料工業(yè)作為顏料填充劑，具有細膩、均勻、白度高、光學性能好等優(yōu)點。納米級超細碳酸鈣具有空間位阻效應，在制漆中，能使配方中密度較大的立德粉懸浮，起防沉降作用。制漆后，漆膜白度增加，光澤度高，而遮蓋力卻不降低，主要用于高檔轎車漆。橡膠工業(yè)是納米碳酸鈣的主要應用市場之一。添加鈉米碳酸鈣的橡膠，其硫化膠升長率、撕斷性能、壓縮變形和耐屈性能，都比添加一般碳酸鈣的高。加入用樹脂酸處理的納米碳酸鈣后，有的橡膠制品撕裂強度提高4倍以上。納米碳酸鈣在飼料行業(yè)中可作為補鈣劑，增加飼料含鈣量；在化妝品中使用，由于其純度高、白度好、粒度細，可以替代鈦白粉。我國碳酸鈣礦產(chǎn)資源豐富，分布廣泛，因此開發(fā)與生產(chǎn)這類高附加值系列CaCO3產(chǎn)品前途廣闊，經(jīng)濟效益明顯，并可實現(xiàn)國內低檔碳酸鈣產(chǎn)品更新?lián)Q代，促進我國碳酸鈣工業(yè)以及橡塑、涂料、造紙等相關行業(yè)的發(fā)展。充分利用國內資源、技術、產(chǎn)品成本與性能的優(yōu)勢，參與國際競爭，具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。目前，廣東恩平、山西芮城及江西等全國各地都有納米碳酸鈣的生產(chǎn)，大部分采用的是超重力合成法，就晶型豐富性方面，我們采用的技術具有較大優(yōu)勢。因此，本項目要充分利用好自身技術優(yōu)勢，建設千噸萬噸級生產(chǎn)線，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，開拓更廣泛的市場。三、項目團隊介紹本團隊長期從事納米粉體材料的制備和應用方面的研究工作，不僅根據(jù)實際應用需求制備出了各種類型的納米粉體材料，而且發(fā)展了無機粉體材料規(guī)模分散技術、消除硬團聚和防止二次團聚技術，解決了粉體在塑料、橡膠和涂料制品中應用的瓶頸問題。例如我們采用偏鈦酸水解的方法成功制備金紅石型和銳鈦礦型的納米二氧化鈦粉體，并摸索出了一條具有普適性的納米粉體制備、洗滌、干燥生產(chǎn)工藝，成功解決了納米粉體規(guī)?；a(chǎn)中洗滌和干燥困難的難題。該成果已于1995年在江蘇省泰興市實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，并被國家計委定為“工業(yè)性示范項目”；我們以價格相對低廉的工業(yè)原料水玻璃成果制備出了粒徑10nm左右納米二氧化硅粉體，并成功將該技術實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，1998年