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源磊告诉你 | 碳酸钙晶须制备方法及主要应用领域

发布时间:

2024-01-29 09:35

 

源磊告诉你 | 碳酸钙晶须制备方法及主要应用领域

 

碳酸钙晶须一般是以来源广泛、价格低廉的石灰石为原料,通过简单工艺低温下制成,生产成本低,晶须性能突出,无毒无害,是性价比较优一种的新型晶须材料,具有很好的发展前景。

 

1、碳酸钙晶须制备方法

碳酸钙晶须的主要制备方法有以下几种:复分解反应法、尿素水解法、碳化法、碳酸氢钙加热分解法等。

 

 

(1)复分解反应法

复分解反应法是通过将可溶性的钙盐和碳酸盐缓慢混合,在一定的温度条件下,使二者缓慢发生复分解反应而生成碳酸钙晶须。一般常用的钙盐是氯化钙,碳酸盐则是碳酸钠或者碳酸钾。

特点:通过这种复分解法制备碳酸钙晶须的优点是所制备的晶须纯度高,晶须的形态好,晶体表面光滑;缺点是所加反应物的浓度太低,因而单位时间内碳酸钙晶须的产量小。如果提高可溶性碳酸盐的浓度,则通过复分解反应制备的文石型碳酸钙晶须的纯度将大大降低,因此难以制备大产量高纯度的碳酸钙晶须。如果利用该方法制备碳酸钙晶须,需要在提升反应物浓度的基础上使用特定的晶形控制剂,但是制备的碳酸钙晶须又存在长径比不良或反应时间太长等缺点很难实现工业化生产。

(2)尿素水解法

尿素水解法制备碳酸钙晶须的原理是利用尿素水解反应生成的二氧化碳气体作为反应物,将其与可溶性钙盐进行化学反应生成碳酸钙,在反应过程中需要控制其反应条件如温度和压力等。由于文石型碳酸钙晶体的生长需要在较低的过饱和度进行,因此在尿素水解法制备晶须的过程中需要控制尿素水解的速率,进而控制好CO2气体参与反应的速率,降低体系中的碳酸钙的过饱和度,来制备纯度较高的文石型晶须。尿素水解法需要控制好的反应条件最主要的便是尿素水解的速率。

特点:尿素水解法通过控制尿素水解速率缓慢地释放二氧化碳,因此制备的晶须纯度比较高,还存在着操作简单、易于制备的优点。但是这种方法也存在缺点,一方面需要控制反应的条件比如在高温高压条件下才能制备高纯度的晶须,这意味着高成本,另一方面上面综述知道碳酸钙晶须制备需要很长的反应时间,生产周期长,同时也是提升了高温高压需要持续的成本,这些方面都说明这种方法不适合工业化生产。

(3)碳酸氢钙加热分解法

碳酸氢钠加热分解法是通过分解碳酸氢钙溶液制备碳酸钙晶须的方法,当然首先需要制备碳酸氢钙溶液,然后其实升温分解。在这个过程中,碳酸氢钙溶液的稳定性是最重要的因素,否则将很容易导致实验的失败。

特点:这种方法制备碳酸钙晶须纯度高,长径比大,但是均匀性比较差,同时,反应物的浓度太低,反应条件苛刻,制备成本太高,因此难以实现工业生产。

(4)碳化法

碳化法是将二氧化碳气体以一定的速率通入到Ca(OH)2悬浊液中制备碳酸钙晶须的一种方法。但是由于方解石的热力学更为稳定,CO2与Ca(OH)2反应有生成方解石相的趋势,因此一般利用这种方法需要在碳化反应开始时向体系中加入晶型控制剂,一般是镁化合物和可溶性磷酸盐作为晶型控制剂。

特点:碳化法制备碳酸钙晶须的优点在于制备工艺简单,生产成本低,但是其缺点也在于反应物的浓度需要保证生成的碳酸钙低的过饱和度,因而致使生产效率很低,且晶型控制剂的加入可能导致杂质的引入,影响制备的晶须的纯度,尤其当晶型控制剂无法回收利用的情况下会导致环境污染及资源的浪费。

在复分解反应法、尿素水解法、碳酸氢钠加热分解法、碳化法四种方法中,碳化法是生产过程最为简单、生产成本最低、性价比最高的制备方法,因此工业化生产正是采用碳化法来制备晶须

2、碳酸钙晶须主要应用领域

(1)碳酸钙晶须在塑料中的应用

碳酸钙晶须具有长径比大且晶体尺寸小的特点,内部几乎没有位错、晶界等一般晶体中存在的缺陷,力学性能接近于完整晶体,因而将其添加到塑料中强效果非常明显,可以有效地提高强度、弹性模量等机械性能。

当碳酸钙晶须替代玻璃纤维填充进尼龙材料时,所得的制品具有更好的表面光滑度,这种复合材料可用于精密塑料产品的制造。

除了在工业制造领域作为填充材料来改变材料性能以适应生产外,碳酸钙晶须在环保领域的可降解塑料中也起着不可估量的作用。使用碳酸钙晶须作为可降解塑料的增强材料不会对自然环境造成二次污染,可以有效地减少白色污染,保护环境。

(2)碳酸钙晶须在涂料中的应用

在涂料工业领域,碳酸钙晶须广泛应用于水性涂料。在水性涂料中,碳酸钙晶须由于其具有良好形态并且分散较好,可以在涂料中充当骨架,充分发挥碳酸钙晶须优异的机械性能。填充了碳酸钙晶须的涂料光泽度提高,分散性变好,沉降性降低。在涂层中使用碳酸钙晶须时,涂料的粘度明显提升,触变性、粘接强度与存储稳定性也明显提高。另外,由于碳酸钙晶须的特性,可以在硅溶胶和乳液溶液中均匀分布,从而减少涂料的不连续性,效果非常明显。

(3)碳酸钙晶须在摩擦材料中的应用

碳酸钙晶须作为摩擦材料的填充剂,是经过了很长时间的实验与应用。碳酸钙晶须的耐高温性好,增强摩擦材料的耐磨性的效果显着,且原料成本又低,满足了充当摩擦材料填充剂的需求。因此碳酸钙晶须在摩擦材料领域有望代替石棉的应用。

(4)碳酸钙晶须在造纸中的应用

在造纸工业中,使用颗粒状碳酸钙作为填充材料已经大大提升了纸张的性能与印刷速度,而使用碳酸钙晶须作为填充材料的纸在前者的基础上,又具备了更加良好的印刷适应性,同时碳酸钙晶须可以用作添加剂,生产高白度和更好平整度的纸张。碳酸钙晶须由于其特殊的形态与性能,使用碳酸钙晶须制造的纸张比使用方解石制造的纸张具有更加良好的可印刷性,更高的强度与更好的留着率。所以由于这种优势,碳酸钙晶须在造纸工业具有很好的发展前景,尤其是对一些具有不同用途与不同需求的纸张生产来说,碳酸钙晶须不可或缺。

(5)碳酸钙晶须在医学材料中的应用

碳酸钙晶须除了应用于工业制造领域外,还被普遍应用于医学材料。钙元素是人体内不可或缺的元素,通常以磷酸钙的形式存在于人体中,是骨骼的主要成分。人们可以通过填充碳酸钙晶须制备人工骨复合材料,并改善材料的力学性能。

此外,碳酸钙晶须还被认为是一种绿色、无毒的生物医学兴奋剂;碳酸钙晶须在医学领域

还被用作活性材料,制作培养基。因此,碳酸钙晶须也能在医学领域大放异彩,碳酸钙的应用也会促进医学领域的发展。

整体来看,目前国内低端碳酸钙产品市场竞争十分激烈,利润空间有限。随着碳酸钙加工技术的不断进步,碳酸钙已由原来的单纯填充剂向新型功能材料方面转变,应用领域亦越来越广泛,碳酸钙晶须、纳米碳酸钙等高端产品将是未来市场的新趋势

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