納米是長度的計量單位,為1×10-9m。人工制造納米材料雖然可從幾千年前我國制造炭黑作顏料算起,但納米微粒是德國于1984年首先研制出的,開創了人類利用納米技術的先河。納米微粒是一種新物態,是物質顆粒直徑小于100nm的粉粒集合體,只有在電子顯微鏡下才能觀察到其顆粒形態。
1992年,國際納米結構材料會議定義納米材料為:“兩相材料中一相的任一維尺寸在1nm~100nm的聚集體。”20世紀80年代由于電子能譜和掃描隧道顯微鏡的應用,納米微粒許多異常性質被發現,這才成為全球科技界和各國政府備加關注的熱門領域。納米微粒較常規的微粒材料具有特異的物理、化學性能,短短十幾年,它已在國外的機械、電子、能源、化工、生物、建材、國防等眾多領域中獲得了廣泛的應用。
納米技術是當今世界研究和開發的熱點,但納米技術和材料在我國尚處在起步階段,大部分成果還停留在實驗室里,進入產業化的只有少數幾個品種,納米級碳酸鈣就是其中一種。碳酸鈣因具有材料來源易得、價格較低、毒性低、污染小、白度較高、填充量大及混煉加工性能好等特點,成為橡膠制品加工中用量最大的淺色填料之一。但由于受自身親水性及傳統生產工藝的局限,通常碳酸鈣產品粒子都比較粗,表面積較小,表面缺乏活性,與聚合物復合往往只起到填充增量的作用,缺乏補強效果,不能充分發揮其應有的作用。
納米級碳酸鈣是20世紀80年代發展起來的一種新型超細固體材料,粒徑在1nm~100nm之間。由于納米級碳酸鈣粒子的超細化,其晶體結構和表面電子結構發生變化,產生了普通碳酸鈣所不具有的量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子效應,在磁性、催化性、光熱阻和熔點等方面與常規材料相比顯示出優越的性能。將其填充在橡膠、塑料中有使制品表面光艷、伸長度好、抗張力高、抗撕力強、耐彎曲、抗龜裂性能好,是優良的白色補強材料,在高級油墨、涂料中具有良好的光澤、透明、穩定、快干等特性。
納米級碳酸鈣不僅可增容降低成本,用于塑料、橡膠和紙張中,還具有補強作用。粒徑小于20nm的碳酸鈣產品,其補強作用與白炭黑相當,粒徑小于80nm的碳酸鈣產品,可用于汽車底盤防石擊涂料。因此,納米級碳酸鈣的研制開發和應用受到國內外的關注。
納米級碳酸鈣是平均在0.1nm~100nm范圍內的輕質碳酸鈣,包括超細碳酸鈣和超微細碳酸鈣,屬納米體粉材料。
二、國內外微細碳酸鈣(PCC)與納米級碳酸鈣應用概述
在美國、日本、西歐等發達國家中,造紙消費PCC占各行業首位,而中國目前處于第三四位。在造紙工業中,隨著造紙工藝過程中的施膠技術由酸性施膠向中-堿性施膠轉變,為碳酸鈣的應用提供了一個巨大的潛在市場。碳酸鈣用做造紙填料白度高,光散射性好,添加后的紙張有較高的松密度,良好的可塑性和柔軟性,紙張表面細膩,可大大改善紙張性能,使紙廠獲得明顯的經濟效益。所以,歐美和日本的造紙廠大多從酸性施膠改為中-堿性施膠工藝。近年來,中國造紙行業在造紙技術上也開始由酸性施膠向中性施膠技術轉變,原輕工部已將中-堿性施膠技術列入國家“八五”重點推廣項目之一,這就要求我們只有不斷開發碳酸鈣新產品,才能適應造紙行業的需求。
輕質碳酸鈣在堿性造紙中主要用做填料,也有少部分用做顏料。廣泛用于不含磨木漿的紙漿市場,比高嶺土、重鈣具有極佳物理性能,如高透明、高密度、高膨脹能力、粒度均勻、顏料牢固等。以目前世界最大的造紙生產國和紙品消費國美國為例,2005年造紙填料選用輕質碳酸鈣的比例達到65%,增長率為4%。美國超細碳酸鈣主要應用于造紙和涂料,其中包括多種晶型的納米碳酸鈣產品。日本1952年研制出了平均粒活為0.04um的超細碳酸鈣,1983年又研制出了平均粒活為0.005um的超細碳酸鈣。
造紙工藝是PCC最大用戶,占世界PCC使用量的73%,PCC在造紙上的兩個不同工藝用途是紙張填料和紙張涂料。其主要用在填充無磨木漿涂敷紙(WFO),最高填充量可達到25%,且用量有望增加。
納米級碳酸鈣作為造紙填料具有高蔽光性、高亮度,提高紙制品的白度和蔽光性;還具有高膨脹性,能使造紙廠使用更多的填料量,而少用紙漿,大幅度降低原料成本;粒度細小、均勻,對紙機的磨損小,并使生產的紙制品更加均勻、平整;吸油值高,能提高彩色紙張的顏料牢固性等優點。目前納米級碳酸鈣在造紙工業上的應用主要在高檔衛生巾、紙尿布及家庭用護理成人失禁墊片、卷煙紙及造紙涂料等納米是長度的計量單位,為1×10-9m。人工制造納米材料雖然可從幾千年前我國制造炭黑作顏料算起,但納米微粒是德國于1984年首先研制出的,開創了人類利用納米技術的先河。納米微粒是一種新物態,是物質顆粒直徑小于100nm的粉粒集合體,只有在電子顯微鏡下才能觀察到其顆粒形態。
1992年,國際納米結構材料會議定義納米材料為:“兩相材料中一相的任一維尺寸在1nm~100nm的聚集體。”20世紀80年代由于電子能譜和掃描隧道顯微鏡的應用,納米微粒許多異常性質被發現,這才成為全球科技界和各國政府備加關注的熱門領域。納米微粒較常規的微粒材料具有特異的物理、化學性能,短短十幾年,它已在國外的機械、電子、能源、化工、生物、建材、國防等眾多領域中獲得了廣泛的應用。
納米技術是當今世界研究和開發的熱點,但納米技術和材料在我國尚處在起步階段,大部分成果還停留在實驗室里,進入產業化的只有少數幾個品種,納米級碳酸鈣就是其中一種。碳酸鈣因具有材料來源易得、價格較低、毒性低、污染小、白度較高、填充量大及混煉加工性能好等特點,成為橡膠制品加工中用量最大的淺色填料之一。但由于受自身親水性及傳統生產工藝的局限,通常碳酸鈣產品粒子都比較粗,表面積較小,表面缺乏活性,與聚合物復合往往只起到填充增量的作用,缺乏補強效果,不能充分發揮其應有的作用。
納米級碳酸鈣是20世紀80年代發展起來的一種新型超細固體材料,粒徑在1nm~100nm之間。由于納米級碳酸鈣粒子的超細化,其晶體結構和表面電子結構發生變化,產生了普通碳酸鈣所不具有的量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子效應,在磁性、催化性、光熱阻和熔點等方面與常規材料相比顯示出優越的性能。將其填充在橡膠、塑料中有使制品表面光艷、伸長度好、抗張力高、抗撕力強、耐彎曲、抗龜裂性能好,是優良的白色補強材料,在高級油墨、涂料中具有良好的光澤、透明、穩定、快干等特性。
納米級碳酸鈣不僅可增容降低成本,用于塑料、橡膠和紙張中,還具有補強作用。粒徑小于20nm的碳酸鈣產品,其補強作用與白炭黑相當,粒徑小于80nm的碳酸鈣產品,可用于汽車底盤防石擊涂料。因此,納米級碳酸鈣的研制開發和應用受到國內外的關注。
納米級碳酸鈣是平均在0.1nm~100nm范圍內的輕質碳酸鈣,包括超細碳酸鈣和超微細碳酸鈣,屬納米體粉材料。