納米碳酸鈣是指粒徑介于1-100 nm之間的碳酸鈣微顆粒聚集體,粒子超細化導致晶體結構和表面電子結構改變,產(chǎn)生普通粒子不具有的表面效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應。
目前,碳化法是工業(yè)生產(chǎn)納米碳酸鈣的主要方法,其原料來源廣泛,主要為碳酸鈣含量較高的石灰石,原料經(jīng)煅燒、消化、碳化、改性、分散、干燥、包裝等步驟后得到最終產(chǎn)品。碳化法生產(chǎn)納米碳酸鈣過程中涉及到煅燒、消化、碳化、改性這四種主要化學反應。碳化法制備納米碳酸鈣的最關鍵步驟為碳化反應,按Ca(OH)2漿液和CO2接觸方式的不同,分為間歇碳化法、多級噴霧碳化法、超重力碳化法等工藝。
間歇碳化法
在生產(chǎn)輕質碳酸鈣的基礎上改進而成,CO2從塔底通入,碳化時通過加入結晶控制劑來控制晶型和粒徑,加入沉淀劑產(chǎn)生沉淀并分離,從而獲得晶型大小不同的納米碳酸鈣。
多級噴霧碳化法
日本白石工業(yè)株式會社開發(fā),通常用多個碳化塔,通過氣液反應獲得納米碳酸鈣。先將Ca(OH)2 和Al2(SO4)3或ZnSO4的混合漿液以霧滴的形式由塔頂噴入第1碳化塔,將CO2由塔底吹入,發(fā)生碳化反應,生成碳化液;其次,將碳化液以霧滴的形式由塔頂噴入第2碳化塔,將CO2由塔底吹入,發(fā)生二次碳化反應,生成納米碳酸鈣。
超重力碳化法
由北京化工大學開發(fā),通過填料床高速旋轉產(chǎn)生強大離心力場,獲得超重力環(huán)境,乳液破碎成極小液滴,極大地增大氣液接觸面,提高碳化速度。此外,乳液在高速旋轉填料床中高度分散,限制晶粒長大,即使不添加結晶控制劑,制備的納米碳酸鈣的粒徑也可達15-30nm。
塑料、橡膠領域(結構補強)
納米碳酸鈣在復合材料中的添加量通常僅為3%-5%,但其補強效果相當于約 30%的玻璃纖維或礦物增強相。納米碳酸鈣與有機聚合物在納米尺度上的復合,可將無機材料的尺寸穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性與有機聚合物的介電性相結合,且復合材料熔體強度高,粘度低,結晶速度快,有利于有機聚合物的注塑、擠出、吹塑等。
涂層、造紙、潤滑油
1.添加到有機或水性涂料中,形成的涂層不僅具有細膩、均勻、快干、白度高等特性,還能取代價格昂貴的鈦白粉和價格較高的膠質鈣,降低基料粘合劑用量,使配方中密度較大的立德粉懸浮,防止沉降,而且可通過空間位阻效應提高涂層的耐洗刷性和穩(wěn)定性,適于生產(chǎn)高檔汽車面漆和底盤聚醋漆等。
2.改性后的納米碳酸鈣具有良好的分散性,作為造紙原料能增加紙品白度和不透明度,改善紙品平滑度和柔韌度,提高對油墨的吸收性和保留率,適合生產(chǎn)高級銅板紙。
3.添加到潤滑油中,納米碳酸鈣與金屬表面之間可通過靜電吸附作用形成單分子保護膜,提高潤滑油的抗磨減摩特性。
生物醫(yī)藥
納米碳酸鈣還具有良好的生物相容性和生物可降解性,使其在藥物輸送、組織修復、生物傳感等方面具有巨大的應用潛力。尤其在抗腫瘤靶向藥物研發(fā)上,納米碳酸鈣能作為多種疏水性和親水性藥物的輸送載體,其生物緩慢降解特性使藥物在病灶區(qū)域能停留更長時間,為藥物持續(xù)釋放提供保障。