碳酸钙作为日常工业生产中重要的非金属矿物类基础原料,处于产业链的最后端,有“工业粮食”之称,与国民经济和生活密切相关,是发展新兴产业和高新技术的重要支撑材料。
碳酸钙主要理化指标对应用性能的影响
碳酸钙的纯度以及盐酸不溶物、铁、锰、重金属浓度等化学成分影响产品白度、磨耗值、填充材料肉质、化学稳定性以及在牙刷和食品中应用的安全性。
粒度大小及其分布影响产品的白度、亮度或光泽、磨耗值、堆积密度、填充材料力学性能(强度、断裂伸长率、模量等)。
沉降容积或堆积密度影响填充材料的密度;白度影响制品的肉质和照度;吸油值影响重质碳酸钙在填充材料或制品中的分散性和填充树脂体系的加工性能(混合的难易程度),对于油墨和涂料则影响其分散稳定性、沉降性能或流变性。
碳酸钙的水份浓度主要影响填充材料或制品的表观性质,过高的水份浓度除了影响表面改性的疗效,还可能影响填充材料或制品的表观质量。
表面活性或活化度主要影响碳酸钙在树脂中的分散性及与异戊二烯基料的相容性,进而影响填充材料或制品的热学性能、耐老化性能以及表观性能等。
表面积主要影响碳酸钙的吸油值和在应用体系中的分散性。
pH主要是影响填充材料或制品物理稳定性的主要诱因之一。
细说碳酸钙的主要应用
1、塑料
碳酸钙是价钱最低的填料之一,具有无毒、无刺激性、无异味、白度高、硬度适中等特点。此外,碳酸钙折射率与许多二氯甲烷、树脂的相仿,对填充塑胶的着色干扰极小,用量达70%。
需要注意的是,碳酸钙、助剂、树脂的相容性是影响塑料制品质量的重要诱因。经过活化处理后的碳酸钙表面均匀地包覆与树脂性能相仿的亲干性涂料,在与树脂共混过程中,改善不同物料界面相容性,提高产品的性能。
碳酸钙应用于塑胶中可以调节其刚性和硬度,改善塑料制品的耐热稳定性和塑性,并提升制品的表面光泽、表面平整性,还可以代替高昂的红色染料。
2、造纸
碳酸钙应用在印染中可以作为填料和涂胶染料使用。主要作用是减少成本、节省纤维、提高纸张松密度、吸水性能、纸张硬度、不透明度、均匀度、白度及改善手感等。
作为填料,重钙主要用于除卷烟纸、过滤纸和特种低定量信息用纸以外的印刷纸、书写纸、办公用纸和广告用纸中。在实际应用中,铜版纸用重钙原料为325目,白度要求92以上,碳酸钙含量小于98%;白板纸等用重钙细度1250目以上,白度要求92以上,碳酸钙含量98%。
作为填料,轻钙原则上可应用于所有纸张中,目前主要作为高端纸填料使用。例如:卷烟纸、办公室信息用纸(如传真纸、仪器记录纸、喷墨打印纸)、低定量新闻纸、低定量涂布纸等。
作为染料,重钙可用于底涂和面涂,目的是改善彩印产品的质量和均匀性,而且涂布纸的好多特点也都取决于染料的选择。碳酸钙白度高,流动性好,适宜配制高固浓度油漆;对胶黏剂的需求量较低,可以改善镀层的涂料吸收性;能提供良好的白度和色彩,提高透气性;是使用最为普遍的涂胶染料之一。
作为染料,轻质碳酸钙在制革涂胶染料中的应用主要是填补高岭土和重质碳酸钙的不足。一般用于低定量涂胶木浆、高光泽涂布纸和哑光铜版纸。
3、涂料
涂料生产中加入碳酸钙可以明显提升其附着能力、耐洗刷性能、表面硬度,尤其是水性涂料中碳酸钙具有防沉降作用和易分散、光泽好等特点。可以部份代替白炭黑和钛白粉增加成本。
以乳胶漆为例,轻质碳酸钙可使油墨获得较高的干遮盖力(对百分比)、良好的附着力和防霉性,还可以改进悬浮性,但因为有钙离子,要注意其与其他化学品作用可能形成储存期间油墨增稠剂或返粗现象,使储存稳定性变差,用量过多时涂刷性会变差,适合于内墙涂料。重质碳酸钙可以改善油墨的平滑性、悬浮性,提高附着力和防霉性、抗冻融性,降低镀层起泡和裂缝现象,内外墙油墨都可使用。
以粉末涂料为例,碳酸钙化学性质比较稳定,杂质少,最适合于一些要求重金属浓度低的环保产品,如儿童玩具、婴儿车等。对不同种类填料应用于粉末涂料中的性能研究时发觉,CaCO3可以作高光产品的填料,而且它的光泽度不输于其他填料;一般半光产品,可以直接加入CaCO3调出,无须加入B68类的消光剂,可节省成本。但是,如果户外耐候性有要求,不能用它作填料。
4、橡胶
碳酸钙应用于橡胶中具有补强、填充、改善制品性能的作用,能获得比纯橡胶硫醇更高的抗张强度、撕裂强度和耐磨性。
重质碳酸钙具有含量高、惰性大、稳定性好、白度高、吸油率和折射率低、分散性好等特征,在橡胶制品中补强疗效差,主要起填充作用。广泛用于天然橡胶、丁苯橡胶、胶乳等的惰性填充剂,适用于制造鞋底、鞋底、地板、胶管、发泡制品、模制品和压出制品等。
轻质碳酸钙粉体具有颗粒形状规则、粒度分布较窄、粒径较小等特征。在橡胶制品中主要用作红色或黑色橡胶的补强填充剂。轻质碳酸钙具有半补强性,能提升硫化胶的拉伸硬度、撕裂强度以及耐磨性能,且在高填充下不会造成偏低的定伸应力,在胶料中易分散、不影响硫化。
纳米碳酸钙粉体与普通碳酸钙粉体相比,具有小尺寸效应和表面效应,能够形成普通碳酸钙不具备的优异性能,在橡胶制品中主要起补强、填充、调色的作用。纳米碳酸钙活性高,补强性能远远小于轻质碳酸钙,与沉淀法白炭黑相当。纳米碳酸钙在橡胶中有良好的分散性和相容性,可使橡胶易混炼、易分散、能改善胶料的加工性能,提高制品的热学性能。同时纳米碳酸钙具有空间立体结构,粒子形态多样,研究发觉不同晶型的纳米碳酸钙对橡胶的补强疗效不一,其中以连锁状纳米碳酸钙对橡胶的补强疗效最好。
活性氯化钙,一般具有粒径小、吸油值低、分散性好、补强性好等特征。改性碳酸钙的补强性能要远远优于未改性碳酸钙,其补强性主要是因为表面改性剂是具有两亲官能团的有机物,即具有亲水侧链和亲油官能团,表面改性剂通过两个官能团将碳酸钙和橡胶紧密结合在一起,这有利于提升橡胶的化学机械性能,改善加工性能,并提升制品的延伸性、拉伸硬度、撕裂强度等性能。
5、胶粘剂
纳米活性氯化钙属于结构和增强型填充剂,能极大地提升胶的粘合性、拉伸硬度、模量和强度,在胶粘剂领域应用广泛。
碳酸钙可用于多种胶黏剂/密封材料(树脂)体系,如:聚氨酯、多硫化物、聚异戊二烯、改性聚硅氧烷、聚丁烯、脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂等,用于高端有机硅胶、聚氨酯胶、聚硫胶等。
除了纳米碳酸钙,其他碳酸钙也可以用于胶粘剂当中,但不同种类的碳酸钙对胶粘剂性能的影响不同。纳米碳酸钙粒径小,补强疗效最好,制得的密封胶触变性好、拉伸强度和破裂模量最高;轻质碳酸钙和重质碳酸钙粒径稍大,补强疗效次于纳米碳酸钙,但其制得的密封胶产品流动性好;轻质碳酸钙制得的密封胶强度最高,重质碳酸钙制得的密封胶强度最低。高温处理后,不同碳酸钙制成的硅酮密封胶硬度和泊松比就会有所增加;低温处理后,不同碳酸钙制成的硅酮密封胶硬度和泊松比就会有所增强。
此外,在胶粘剂中添加纳米碳酸钙晶须,当材料受到破坏形变时,冲击方向上会出现银纹状凸出,这些银纹状凸出的存在会吸收大量的冲击能。同时,碳酸钙晶需经表面改性处理后在树脂材料中分散性急剧增强,这些都有利于树脂材料抗冲击性能的提升,即可达到非常好的增韧疗效。
6、医药
由于碳酸钙材料普遍具备良好的生物相容性,可降解能力,pH响应能力,载体能力,凝血等功能,在生物医学领域,使得其在针对不同疾患时得到广泛应用,也因而碳酸钙材料常被拿来建立综合医治的复合平台。
例如,在皮肤修补领域,碳酸钙材料通过改进后,同时提供皮肤修补、抗菌、消炎以及凝血等功能;在骨修补领域,提供钙源,促进干细胞分化;在肿瘤诊治领域中,纳米碳酸钙被拿来载入阿霉素等化疗药物,以及造影剂等,实现肿瘤的诊治一体。
碳酸钙作为一种生物相容性良好的矿物材料,还能够与肿瘤微环境内的质子反应来中和肿瘤微酸,从而提升物理抗生素疗法和免疫疗法的诊治疗效。
7、油墨
油墨中主要应用超细活性氯化钙(纳米钙),其呈现出优异的分散性,透明性,极好的光泽和遮盖力,以及优异的涂料吸附性和干燥性,晶形为球状或立圆形。
8、食品
碳酸钙添加在食品中可以补充人体所需钙,用作补钙剂、赋型剂等。
9、日化
在牙刷中用作摩擦剂,由于碳酸钙具有高含量,高白度以及细度细等优点,应用于化妆品中提升其遮盖力和光泽度。