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碳酸钙在各行业的综合应用
碳酸钙在各行业的综合应用
碳酸钙的英文名称为Calcium carbonate ,分子式是CaCO3 ,分子量100.09 ,碳酸钙是一种用途十分广泛的无机盐矿物,碳酸钙是地球外壳的天然矿物。
根据生产方法的不同的,碳酸钙可分重质碳酸钙(GCC)和轻质碳酸钙(PCC)两种。
而随着生产工艺地不断进步,目前已开发出纳米碳酸钙、活性碳酸钙。
碳酸钙的特性是可以人工调控色泽、粒径、表面特性、分散度、流变性、触变性以及晶型等,而且碳酸钙化学纯度高,化学惰性强,热稳定性好,在400摄氏度以下不会分解。
另外,碳酸钙还具有吸油率低、硬度低、磨耗值小、无毒、无臭、无味,分散性好等优点。
因此碳酸钙在各个行业得到了广泛的应用.。
重质碳酸钙( Heavy Calcium Carbonate) 又称研磨碳酸钙( Ground Calcium Carbonate,简称GCC美国称Kotamite) ,是用机械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等而制得。
由于它的沉降体积(1.1-1.9mL/g/ g)比用化学方法生产的轻质碳酸钙沉降体积(2.4-2.8mL/g) 小,因此被称为重质碳酸钙。
轻质碳酸钙(Light Calcium Carbonate)又称沉淀碳酸钙(Precipitated Calcium Carbonate,简称PCC) ,是用化学加工方法制得的。
由于它的沉降体积(2.4-2.8mL/g)比用机械方法生产的重质碳酸钙沉降体积(1.1-1.9mL/g)大,因此被称为轻质碳酸钙。
活性碳酸钙是在普通碳酸钙的基础上进行改性而得到的,从而达到在复合材料制品中的填充和改性的双重目的。
这些改性包括对碳酸钙的结晶形态、粒子大小、粒度分布及表面性能等方面的改性。
以提高其综合性能。
可在降低成本的同时,还能改善制品的硬度、弹性模量、尺寸稳定性和热稳定性。
纳米碳酸钙是以非金属矿石灰石为原料,采用沉淀法合成纳米粉体技术制备的重要无机盐新产品,粒径10-100nm,因其粒径小,活性好,是一种新型无机材料,具有许多特殊功能,主要适用于橡胶、油墨、造纸、涂料、医药、塑料、食品等行业,如添加在橡胶中,其硫化胶伸第率、压缩变形、撕裂性能、耐屈挠性能比添加一般碳酸钙高。
目前国内只有少数几家企业生产纳米碳酸钙,且产量甚微,不能满足市场需求。
碳酸钙的应用发展较快,目前已广泛地应用于工农业领域,如橡胶、塑料、造纸、涂料、油漆、油墨、电缆、制药、化肥、饲料、食品、制糖、纺织、玻璃、陶瓷、卫生用品、密封剂、胶粘剂、杀虫剂和农药载体以及烟道除硫、水处理等环保方面。
轻质碳酸钙用途与重质碳酸钙有重叠也有不同,主要用于造纸、塑料、人造橡胶、食品、食用色料、医药、黏结剂和卫生用品等领域。
近年来,因为有资料谈及轻质碳酸钙可增强某些材料的性能,所以它的使用范围有所增加。
1.碳酸钙在橡胶中的应用
酸钙是橡胶工业中使用最早量最大大填充剂之一,碳酸钙大量填充在橡胶之中,可以增加制品的容积,从而节约昂贵的天然橡胶达到降低成本的目的,碳酸钙填入橡胶能获得比纯橡胶硫化物更高的抗张强度耐磨性,撕裂强度,并在天然橡胶和合成橡胶中有显著的补强作用,同时可以调整稠度。
2、碳酸钙在塑料聚合物方面的应用
碳酸钙是非常重要的填充料,特别是在欧洲,以重量计,占矿物填充剂和加强剂市场的60%。
碳酸钙填充料的主要用途有增塑PVC(电缆、地板人造革等,重钙占10%~30%,),硬聚氯乙烯(rigidPVC门窗、异型材、板材、管材、薄板中占5%~20%,地板砖中占40%~80%),不饱和聚酯材料(汽车、电器和器具工业的薄板模塑和整体模塑),聚丙烯(家具、汽车、包装、纤维等)和聚乙烯。
碳酸钙在塑料制品中能起到一种骨架作用,对塑料制品尺寸的稳定性有很大作用,能提高制品的硬度,还可以提高制品的表面光泽和表面平整性。
在一般塑料制品中添加碳酸钙耐热性可以提高,由于碳酸钙白度在95%以上,还可以取代昂贵的白色颜料起到一定的增白作用。
3、碳酸钙在造纸业的应用
在造纸工业使用碳酸钙,可使纸张亮度好、结构坚实、利书写、涂布均匀、摩擦度低、易排湿以及易干燥等。
由于世界造纸业从上世纪80年代初开始成功地由酸性工艺转向碱性工艺,使填充料的使用发生了革命性的变化:
碳酸钙代替木桨和其他颜料,可改善纸张的光亮度、不透性、空隙度、松密度等。
碱基加工主要用于生产精细印刷和书写纸张,对新闻纸等一些重要用纸,虽然使用酸基环境生产,但也可使用碳酸钙。
目前造纸涂料配方中碳酸钙使用量大幅增加,已从5%~10%上升到30%左右。
4.碳酸钙在油漆行业中的用量较大,生产油漆是碳酸钙的另一个重要用途。
碳酸钙是油漆生产中重要的填充剂,细度和颗粒分配决定了油漆的透明度。
还有,碳酸钙耐候性好,具有耐磨损、低电解液含量、PH稳定效应、可提高耐腐蚀性能和涂料的流变性等重要特性。
碳酸钙在油漆行业中的用量较大,是不可缺少的骨架,在稠漆中用量为30%以上,酚醛磁漆4-7%里酚醛细花纹皱纹漆39%以上。
5.碳酸钙在水性涂料行业的应用
碳酸钙在水性涂料行业的应用,用途更为广泛,能使涂料不沉降,易分散,光泽好等特性,在水性涂料用量为20-60%。
涂料工业中,重质碳酸钙是世界涂料的第一填料,随着水性涂料产量的增大,今后重质碳酸钙的用量会进一步提高 。
它进入涂料工业除用于增重之外,主要用于部分取代钛白粉(最大取代量为30%,一般为10 ~20%)和彩色颜料,也用于取代轻钙和沉淀硫酸钡,在这些用途中,一定要用微细化和超微细化重质碳酸钙。
涂料工业中,超细钙不仅可作为增白的体质颜料,增容降低成本,提高涂料油漆的光泽,提高产品的光泽度、干燥性和遮盖力,同时还具有补强作用。
6.碳酸钙在电缆行业能起一定的绝缘作用。
7. 纳米活性碳酸钙在橡胶工业具有超细、超纯的特点,生产过程中有效控制了晶形和颗粒大小,而且进行了表面改性。
因此其在橡胶中具有空间立体结构、又有良好的分散性,可提高材料的补强作用。
如链状的纳米级超细碳酸钙,在橡胶混炼中,锁链状的链被打断,会形成大量高活性表面或高活性点,它们与橡胶长链形成键连结,不仅分散性好,而且大大增强了补强作用。
值得注意的是,它不但可以作为补强填充料单独使用,而且可根据生产需求与其他填充料配合使用,如:
炭黑、白炭黑、轻钙重钙、钛白粉、陶土等,达到补强、填充、调色、改善加工工艺和提高制品性能、降低含胶率或部分取代白炭黑、钛白粉等价格昂贵的白色填料的目的。
碳酸钙的市场前景
据有关资料分析,到2010年,我国的碳酸钙市场需求量为:
塑料工业:
重质碳酸钙的需求量预计将达到22万吨。
造纸工业:
将需要超细重质碳酸钙60万吨左右。
橡胶工业:
总需求量将达到20万吨左右。
油漆涂料:
需超细重质碳酸钙6万吨左右。
胶粘剂和密封剂:
将消耗碳酸钙55万吨左右,超细活性重质碳酸钙的用量将达到11万吨左右。
(一)碳酸钙在造纸中的应用
碳酸钙在造纸中主要作纸张的填料,为了保证纸张的一定强度、白度,同时降低成
本,在纸张中添加大量碳酸钙。
造纸行业中大量使用碳酸钙是基于国际上造纸工业从酸
性造纸工艺转向碱性或中性造成纸工艺,这样就可以大量使用价廉的碳酸钙代替以往的
滑石和瓷土。
轻质碳酸钙作为造纸用填料,有几个优点超过高岭土和FGCC。
1.具有较高的不透光性和光泽度。
2.作为填料,增量能力高。
3.粒径均匀。
4.颜色保持力强。
对于造纸填料来讲,我司生产的碳酸钙具有较高的留着力,粒度的均一性高,白度
高。
(二)碳酸钙在造纸涂布颜料作用
我司生产的重质碳酸钙和轻质碳酸钙颜色白,颗粒较细,能适用于纸张表面的涂布
。
一般涂布总是一个复合配方,有碳酸钙有瓷土,也有二氧化钛或煅烧高岭土CMC等等
,最后成为浆状,再用棒式气刀、刮刀涂于纸张表层,加入碳酸钙后能使纸的亮度、白
度、油墨吸收性等特性有较大改观。
在白板纸中,一般生产是在蕊纸成型之后,再用颜料涂两面三刀层,即底涂、面涂
(个别厂一次涂布,也有厂是三次涂布)。
在许多国家,造纸行业底涂用50%碳酸钙和
50%瓷土,也有用100%碳酸钙,但底涂的碳酸钙一般都控制在Pd60水平,即2um含量
在60%左右,在底涂之后,再涂上一层面涂,面涂一般用30%碳酸钙和70%瓷土。
用的
碳酸钙一般都控制在Pd90水平,即2um含量在90%左右,两面三刀者使用碳酸钙约占纸
张重量2%~4%。
在铜版纸中碳酸钙的用途和白板纸中相同,所不同的是铜版纸的蕊纸很薄,而且双
面涂布相对来讲,碳酸钙涂布料占纸的重量比重就高得多。
另外还有定量涂布纸,涂布牛皮纸等,都可使用我司生产的造纸涂布碳酸钙。
涂布
碳酸钙不同于填料碳酸钙,我司现生产的造纸涂布专用碳酸钙具有较好的油墨吸收性、
光泽性,涂料的流动性好,达到高含固量。
这些性能对于涂布十分重要,特别是碳酸钙
加添之后可以把涂布料的含量提高,是十分重要的性能,对减少造纸成本,提高纸张质
量能起到关键的作用。
(三)碳酸钙在涂料中的应用
在涂料中碳酸钙可作为白色颜料,起一种骨架作用,碳酸钙在涂料工业中可作为体
质颜料。
由于碳酸钙颜色是白色,在涂料中相对胶乳,溶剂价格都便宜,而且颗粒细,
能在涂料中均匀分散,所以是大量使用的体质颜料。
由于环保意识的提高,在建筑方面
涂料已大量用水性涂料,由于碳酸钙是白色又亲水,价格又便宜,所以获应用。
碳酸钙
的填 入可以增强底漆对基层表面的沉积性和渗透性。
在涂料中腻子是用来填平基面,
是整体涂料的中间层,不论什么腻子都需要加大量填料,腻子中的填料主体是重质碳酸
钙,再少量加一些锌钡白以增加粘性防止漆层松散,同时适当地加入沉淀碳酸钙以便干
后打磨。
在厚漆中,碳酸钙可以使涂料增稠、加厚,起一种填充和补平作用。
所以在厚漆中
通常添加重质碳酸钙和轻质碳酸钙,添加重质碳酸钙可达24.6%~78.5%。
在面漆中,
即罩面漆中,半光和无光漆则要采用增加体质颜料来削减光泽的办法,碳酸钙就是理想
的消光填料。
碳酸钙在多彩涂料中可作为其中一种添加剂发挥其作用,达到既降低材料成本,又
能提高装饰效果的目的。
在多彩涂料中可用轻质碳酸钙,即沉淀碳酸钙,其吸油量为80
%左右,粒度15微米左右,比重2.7左右,折光率为1.60左右。
也可用重质碳酸钙(方解
石粉)即天然产大理石等研磨而成。
在金属防锈涂料中,碳酸钙是体质颜料,还有一点
防锈作用,在金属防锈涂料中碳酸钙的适当用量为30%。
(四)碳酸钙在塑料中的应用
碳酸钙被广泛用在填充聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯晴
丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等树脂之中。
添加碳酸钙对提高改善塑料制品某些性能以
扩大其应用范围有一定作用,在塑料加工中它们可以减少树脂收缩率,改善流变态,控
制粘度。
还能起到以下作用:
1.提高塑料制品尺寸的稳定性
碳酸钙的添加,在塑料制品之中起到一种骨架作用,对塑料制品尺寸的稳定有很大
作用。
2.提高塑料制品的硬度和刚性
在塑料中,特别是软质聚氯乙烯中,硬度随碳酸钙配入量的逐渐增大,伸长率随硬
度增加而降低。
粒子细,吸油值大的碳酸钙,硬度的增长率大。
反之,粒子粗吸油值小的
碳酸钙,塑料的硬度增长率小。
在软质聚氯乙烯中,以重质碳酸钙的硬度增长率为最小,
沉淀碳酸钙(轻质)则其次。
碳酸钙的塑料(树脂)内一般不能起增强作用,碳酸钙的粒子常常可以被树脂所浸
润,所以碳酸钙添加的正常作用是使树脂刚性增大,弹性模量和硬度也增大。
随着添加
量增加,搞张强度和极伸长率都下降。
不同碳酸钙,添加量不同,硬度也会不同。
3.改善塑料加工性能
碳酸钙的添加可以改变塑料的流变性能。
碳酸钙粉体,在添加中往往数量比较大,这
样就有助于它和其他组分的混合,也有助于塑料的加工成形。
碳酸钙的添加,特别是经过
表面处理过的碳酸钙添加之后,不但可以提高制品的硬度,还可以提高制品的表面光泽和
表面平整性。
碳酸钙的添加,可以减少塑料制品的收缩率、线膨胀系数、蠕变性能,为加
工成形创造了条件。
4.提高塑料制品的耐热性
在一般塑料制品中添加碳酸钙,耐热性能皆有提高例如:
在聚丙烯中,添加40%左
右碳酸钙,耐热性提高200C左右。
在填充比≤20%时,耐热温度提高8~130C。
5.改进塑料的散光性
在塑料制品中,有的制品要求增白而不透明,有的希望消光,碳酸钙的添加在这方
面可以发挥一定作用。
白度在90以上的碳酸钙,在塑料制品中有明显的增白作用。
与
钛白粉、立德粉配合,塑料制品的消光性有很大改进。
在钙塑纸张中,在低密度聚乙
烯(LDPE)及高密度聚乙烯(HDPE)薄膜中,添加碳酸钙都可达到散光和消光的作
用,使之适宜书写、印刷。
白度较好的碳酸钙还可以取代昂贵的白色颜料。
6.可使制品具有某些特殊性能。
碳酸钙添加于电缆料中有一定的绝缘作用,碳酸钙的添加可以提高某些制品的电
镀性能、印刷性能。
微细或超细碳酸钙添加在聚氯乙烯(PVC)中,有一定的阻燃作
用。
7.降低塑料制品成本
普通的轻质碳酸钙、重质碳酸钙其价格都远远低于塑料价格,碳酸钙的添加会使
塑料制品的成本降低。
固国外称碳酸钙为填充剂(Filler)或增量剂(Extender)。
在
现阶段,添加碳酸钙以降低塑料的成本为主要目标。
随着碳酸钙表面性质的改善和形
状、粒度的可控,碳酸钙将逐渐成为补强或赋予功能性为目的的功能性填充剂。
(五)碳酸钙在橡胶中的应用
1.碳酸钙作为橡胶工业中使用得最早、用量最大的填充剂之一。
被大量填充在橡胶
制品之中,不仅可以增加制品的容积,而且能节约昂贵的天然橡胶或合成橡胶,达到降
低成本的目的。
2.改进加工性能
橡胶在加工过程中,为了成形需要,十分重视其加工性能。
在一般橡胶制品配方之
中,往往要加配若干份碳酸钙。
在浅色填料中,碳酸钙分散性最好,可以与橡胶以任意
比例混炼,又可将其他助剂一起混入,混炼方便。
我司生产的碳酸钙除以上优点外还有
一个突出的优点是它添加比例的变化不会影响橡胶的硫化体系。
3.改进硫化胶性能,起补强和半补强作用
我司生产的超细、微细碳酸钙填入橡胶,能获得比纯橡胶硫化物更高的扩张强度、
耐磨性、撕裂强度。
碳酸钙粒子越细。
对橡胶扩张强度、撕裂强度、挠曲性的提高越明
显。
我司生产的活性碳酸钙已被应用于天然橡胶、合成橡胶中,它能使橡胶的扩张强度
得到很大的改进。
4.在橡胶加工中发挥一些特殊的作用
在硫化橡胶中,碳酸钙可以调节硬度,在加添100份的范围内,加入重质钙后的硬度
不及加入沉淀轻质碳酸钙上升大;沉淀碳酸钙(轻质)每增加10份硬度增加邵氏1度;微
细碳酸钙、活性碳酸钙每增加10份硬度增加邵氏2~3度。
在橡胶工业中往往通过改变
碳酸钙填充量来调节硬度。
(六)碳酸钙在粘结剂、密封剂中的应用
碳酸钙被广泛用于粘结剂和密封剂中作填料。
我司开发的木材粘和剂专用碳酸钙产
品具有粒径分布窄、比表面积大、吸油及吸水量低等优点。
已成为反应型胶粘剂、热熔
性胶粘剂、氯丁橡胶胶粘剂、水基胶粘剂及密封胶的主要原料,在大幅度降低成本的前
提下,胶接性能得到全面提高。
木材粘和剂专用碳酸钙应用面较广,如在PVC塑溶胶中
可以改善其流变性能,在硅酮结构密封胶中可以起到增强及降低成本的作用,应用在热
熔胶中可以起到增量补强与耐热作用,在水基胶粘剂中可以起到增稠与增粘的作用。
在
胶粘剂与密封胶中应用可以明显地降低成本,改善胶接性能
(七)碳酸钙在化学建材中的作用
随着塑料工业的发展,近年出现了新型复合材料——钙塑材料,它是把大量的含钙无机填充剂,配以少量的聚烯烃树脂和其他添加剂,作为建筑材料。
这种材料兼具木材、塑料及纸张的许多优良性能,具有耐热、耐化学腐蚀、耐寒、隔音、防震、加工容易等特性,可以在包装、建材、管具等方面大量代替纸张和木材。
化学建材比重轻,价格便宜又易加工成形,所以做门、窗、天花板、墙板、上下水管、楼梯扶手、地板、电线管等都很理想。
化学建材发展极快,世界上一些国家建材用塑料已占塑料用量的20%至30%,由于它可以广泛代替钢材、木材、所以在当今世界中化学建材与钢材、木材、水泥并列,统称为“四大材”。
化学建材以无机填料为主要成分,用量极大(最大达95%),一般用量在30%~90%,如果聚乙烯交联发泡,含碳酸钙量为50%~60%。
聚酯树脂制品如玻璃,做瓦楞板、落水管、天漏、加入碳酸钙是为降低成本、调整粘度、改善涂乔加工性。
(八)碳酸钙在油墨中的应用
油墨工业中采用树脂酸改性的碳酸钙,所配制的油墨,身骨及粘性较好,并有良好的印刷性能,且稳定性很高,细微的颗粒与其它原料混合易相容,故印品光滑,网点完整,遮盖力强,光泽度与铝钡白相当。
作为填料,可以提高油墨的光泽度和亮度。
(九)碳酸钙在医药、食品、饲料等中的应用碳酸钙是制药工业的培养基中的重要组分之一,其作用除了提供Ca元素外,还对稳定发酵培养过程中PH变化发挥缓冲作用,所以碳酸钙成为制药工业微生物发酵的缓冲剂。
在药品的试剂之中,碳酸钙一般可作为填料,在止酸片中则起一定的药效。
碳酸钙可作为食品添加剂,在食品中宜添加少量,通常不超过2%,以保证人体所必须的钙的摄入。
因为在正常情况下,人体内钙总量约为1200克,其中99%存在于骨髂和牙齿中,还有1%是人体血液中必不可少的组分,所以在各种食品添加剂中碳酸钙也是其中之一。
在某些食品中(如口香糖、巧克力),碳酸钙作强化剂,既降低成本,又作为基质材料。
在牙膏中,重质碳酸钙作为磨擦剂使用,一般填加要达40%以上。
在化妆品中,较细的优质碳酸钙作为填充剂。
碳酸钙还用于印刷油墨、封蜡中,大多是起降低成本和增加容积的填充作用。
重质碳酸钙在玻璃工业中是主要原材料之一。
碳酸钙产品广泛用于国民经济部门,随着科学技术的发展,碳酸钙产量会相对增加,而且会出现更多的新品种,碳酸钙的重要性将日益为人们所了解。
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