（中国粉体技术网/班建伟）普通重钙(研磨碳酸钙) 与轻钙(沉淀碳酸钙) 在复合材料加工中虽也可使某些强度略有提高, 但总体上只能作为填料使用,目的是降低成本, 但将导致材料总体强度的降低。而晶须碳酸钙既可应用于一般粒状碳酸钙领域, 还在降低成本的同时, 表现出显著的增强、增韧作用, 使被加强的复合材料表现出更好的耐冲击性, 提高加工过程的流动性从而降低加工能耗、提高型材制品尺寸稳定性及表面光洁度。目前, 晶须碳酸钙主要应用于增强高分子复合材料、作为造纸助剂以及摩擦材料填料等。
1 增强高分子复合材料
复合材料的增强材料可采用合成的无机纤维来提高塑料的弯曲弹性模量、弯曲强度、尺寸稳定性等指标。但是, 无机长纤维容易影响塑料的平滑性和美观性, 不利于加工各种精密器件,同时其价格高。而晶须碳酸钙具有类似短纤维的结构、出色的热稳定性以及其低廉的价格。
晶须碳酸钙不带结晶水, 在各种塑料注模成型时不会产生由水蒸发产生的银纹。因此, 正广泛研究将碳酸钙晶须用于增强聚酰胺、聚碳酸酯、热塑性聚酯以及聚氯乙烯等复合材料。
2 作为造纸助剂
碳酸钙作为造纸填充剂( Filler) 的应用已长达100 多年, 纸中加入碳酸钙的最大益处是降低成本, 其次是提高纸的白度与光泽, 增强其挺度( Stiffness) , 但碳酸钙的加入会显著降低其抗拉强度( Tensile strength) 、弯折强度( Folding) , 原因是碳酸钙的存在隔开了纸纤维间的一些键合点。
晶须碳酸钙虽然也影响纸纤维的氢键结合, 导致其强度下降, 但因以下原因其强度的下降要缓慢得多: (1) 单个晶须的体积比现有的方解石碳酸钙填充剂颗粒大得多, 因而在纸纤维间产生的隔离点大大降低; (2) 针状结构与纸纤维纠缠在一起类似于水泥的莫来石针状结构, 对强度有一定贡献。
3 增强摩擦材料
石棉曾经被广泛应用于摩擦材料, 但是其较强的致癌性和粉尘污染被国家明令禁用。随后, 各种石棉替代品纷纷出现, 如玻璃纤维、钢纤维、钛酸钾晶须等。虽然它们都能增强摩擦材料, 但都存在各自的缺点, 比如, 玻璃纤维高温耐磨性差, 混料工艺性能差, 钢纤维容易生锈, 钛酸钾成本太高等。
而碳酸钙晶须耐温性好, 用于摩擦材料可以显著提高耐磨性, 而且碳酸钙晶须的原材料廉价丰富, 制造成本低, 当其取代以上摩擦材料后, 产品的摩擦系数、耐磨性能和耐热性大大提高, 具有较高的机械强度, 而且摩擦产生的粉尘无毒, 污染小。
4 碳酸钙晶须的产业化现状
1995 年文石碳酸钙晶须的工业化生产最早在日本实现。随后美国和西欧也实现了碳酸钙晶须的工业化生产。国内虽然对各形态碳酸钙的工业化生产进行了大力开发, 但在文石碳酸钙晶须方面却显不足, 总体上还处于实验室水平。
现在, 国内许多学者均开展了碳酸钙晶须工业化生产的前期研究。刘庆峰等研究发现, 对PP 进行填充时, 碳酸钙晶须填充可明显提高材料的抗冲击性能, 在碳酸钙晶须填充量占材料总量的50%时, 填充文石晶须的试样与轻质碳酸钙相比冲击强度提高4 倍多。
王会利等研究表明: 碳酸钙晶须作为涂料的增粘剂, 能显著提高涂料的黏度, 增加触变性, 提高涂料的抗开裂、附着力、粘接强度等性能; 此外, 他还在模拟碳化塔中, 通过调整通气流量和液面高度等工艺条件, 制备出了长度较长、均匀性较好的碳酸钙晶须。
2005年河北科技大学研发的针型(晶须) 纳米碳酸钙工业化制备新技术通过了技术鉴定,为我国碳酸钙晶须的工业化生产打下了良好的基础。
由于碳酸钙晶须生产工艺与现有轻质碳酸钙微粉生产工艺相似, 加上我国有大量碳酸钙生产企业, 如果我们利用现有设备加以改造, 必定会大大提高我国碳酸钙晶须的生产能力。目前,我国文石晶须工业应用的主要问题存在于文石的表面偶联改性方面, 现有的改性采用硬脂酸与轻钙高速机械搅拌实现, 但这将导致晶须的断裂。本课题组也正在研究文石晶须的湿相改性技术以避免晶须的断裂。此外, 如何建立完善的生产体系, 找到更为适合工业化生产的技术以提高生产效率仍是亟待解决的问题。
5 结语
碳酸钙晶须作为一种质优价廉的新型无机增强材料, 被广泛应用于造纸、橡胶、涂料、塑料、医药等领域。本文总结了国内外合成碳酸钙晶须的4 种合成方法, 其中以氯化镁为助剂的碳酸化法最廉价经济而且制备工艺简单, 最适于工业化生产; 晶形控制剂对碳酸钙晶须的合成起着十分重要的作用, 众多学者对此做出了研究, 为控制碳酸钙晶须的形貌提供了重要依据。
虽然我国碳酸钙晶须的工业化生产尚处于起步阶段, 但却拥有得天独厚的资源优势及设备, 有理由相信, 随着研究技术的不断深入, 我国碳酸钙晶须的大批量产业化生产指日可待。
|
