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碳酸鈣的性能特點(diǎn)及其在涂料中的應(yīng)用
0 引言
碳酸鈣是一種無毒,、無味、無刺激性的白色粉末,，是用途最廣的無機(jī)填料之一,。它干燥不含結(jié)晶水，暴露于空氣中無變化,；幾乎不溶于水,，不溶于醇，遇稀醋酸,、稀鹽酸,、稀硝酸發(fā)生暴沸并溶解；加熱分解為氧化鈣和二氧化碳,。碳酸鈣既具有價(jià)格便宜,、資源豐富、品位高等特點(diǎn),，又具有顏填料的一些性質(zhì),，廣泛用于涂料、塑料,、油墨,、膩?zhàn)?/U>,、塑料薄膜、化纖,、膠黏劑,、密封劑、日用化工,、醫(yī)藥,、橡膠、造紙,、牙膏,、化妝品、食品,、紡織,、建材,、飼料等領(lǐng)域,。根據(jù)碳酸鈣的生產(chǎn)工藝不同，可將其分為重質(zhì)碳酸鈣,、輕質(zhì)碳酸鈣,、膠體碳酸鈣和晶體碳酸鈣四類。
1 重質(zhì)碳酸鈣
重質(zhì)碳酸鈣（Heavy Calcium Carbonate）,，又稱研磨碳酸鈣（Ground Calcium Carbonate）,，簡(jiǎn)稱GCC ；美國亦稱Kotamite,，俗名：重鈣,、單飛粉、雙飛粉,、三飛粉,、四飛粉。
1.1 理化性質(zhì)
化學(xué)式為CaCO3,，其結(jié)晶體主要有復(fù)三方偏三面晶類的分解石和斜方晶類的文石,，在常溫常壓下，方解石是穩(wěn)定型,，文石是準(zhǔn)穩(wěn)定型,，目前以方解石為主。在常溫常壓下,，方解石加熱到898℃,，文石加熱到825℃，將分解為氧化鈣和二氧化碳,；碳酸鈣與所有的強(qiáng)酸發(fā)生反應(yīng),，生成水和相應(yīng)的鈣鹽,，同時(shí)放出二氧化碳；其在常溫（25℃）下,，碳酸鈣在水中溶解度為0.001 4,，其水溶液的pH 值為9.5~10.2，空氣飽和碳酸鈣水溶液的pH 值為8.0~8.6,，熔點(diǎn)1 339℃,，相對(duì)密度為2.7~2.9，方解石的莫氏硬度為3,，文石為3.5~4,，重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積為1.2~1.9 mL/g，比表面積為1 m2/g左右,。重質(zhì)碳酸鈣的顆粒大,，表面光潔，比表面積小,，因此吸油值較低,，約為48 mL/100g（14~22 g/100g）。
1.2 生產(chǎn)工藝
重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)工藝有以下2 種：
（1） 干法：首先手選從采石場(chǎng)運(yùn)來的方解石,、石灰石,、白堊、貝殼等,，除去脈石,，然后用破碎機(jī)對(duì)石灰石進(jìn)行粗破碎，再用雷蒙（擺式）磨粉機(jī)粉碎成細(xì)石灰石粉,，最后用分散機(jī)對(duì)磨粉進(jìn)行分級(jí),，將符合細(xì)度要求的粉末作為產(chǎn)品包裝入庫，否則返回再次磨粉,。
（2） 濕法：先將干法細(xì)粉制成懸浮液置于磨機(jī)內(nèi)進(jìn)一步粉碎,，經(jīng)脫水，干燥后便制得超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣,。
1.3 重質(zhì)碳酸鈣粉體特點(diǎn)
顆粒形狀不規(guī)則,，而且顆粒有一定的棱角，表面粗糙,，粒徑分布較寬,，平均粒徑一般為1~10 μm。重質(zhì)碳酸鈣按其原始平均粒徑（d）分為：粗磨碳酸鈣>3 μm ,；細(xì)磨碳酸鈣1~3 μm ,；超細(xì)碳酸鈣0.5~1 μm。
1.4 重質(zhì)碳酸鈣的用途
按重質(zhì)碳酸鈣粉碎細(xì)度的不同,，工業(yè)上分為4 種不同規(guī)格：?jiǎn)物w粉,、雙飛粉,、三飛粉、四飛粉,，分別用于不同的工業(yè)部門,，不僅可降低產(chǎn)品成本，還可提高相關(guān)產(chǎn)品的作用和性能,，起到增加產(chǎn)品體積的作用,。
單飛粉（200 目）：用于生產(chǎn)無水氯化鈣，是生產(chǎn)重鉻酸鈉的輔助原料,，以及生產(chǎn)玻璃及水泥的主要原料,，此外，也用于建筑材料和家禽飼料等,。
雙飛粉（320 目）：是生產(chǎn)無水氯化鈣和玻璃的原料,，橡膠和涂料的白色填料以及建筑材料等。
三飛粉：用于塑料,、涂料膩?zhàn)?、涂料及膠合板的填料。
四飛粉：用于電線絕緣層之填料,、橡膠模壓制品及瀝青油,。
2 輕質(zhì)碳酸鈣
輕質(zhì)碳酸鈣（Light Calcium Carbonate），又稱沉淀碳酸鈣（Precipitated Calcium Carbonate）,，簡(jiǎn)稱PCC。
2.1 理化性質(zhì)
化學(xué)式：CaCO3 ,；
相對(duì)分子質(zhì)量：100.09 ,；
結(jié)晶型：六方晶系；
密度：2.7 g/cm3 ,；
折射率：1.46~1.65 ,；
沉降體積：2.4 ~2.8 mL/g ；
比表面積：5 m2/g ,；
吸油值：60~90 mL/100 g（25~35 g/100g）,。
2.2 生產(chǎn)工藝
生產(chǎn)工藝有多種，我國主要采用碳化法,。
（1） 碳化法
將石灰石原料燃燒成生灰石和二氧化碳,，再加水消化生石灰，生成石灰乳［主要成分Ca（OH）2］,，然后再通入二氧化碳,，石灰乳生成碳酸鈣沉淀，碳酸鈣沉淀經(jīng)脫水,，干燥,，冷卻,，粉碎，過篩,，即制得輕質(zhì)碳酸鈣,。
高溫
CaCO3=CaO+CO2 ↑，CaO+H2O=Ca（OH）2
Ca（OH）2+CO2=CaCO3 ↓ +H2O
（2） 純堿氯鈣法
Na2CO3+CaCl2=CaCO3 ↓ +2NaCl
（3） 苛化堿法
在生產(chǎn)燒堿過程中,，可得到副產(chǎn)品輕鈣,。
Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3 ↓ +2NaOH
（4） 聯(lián)鈣法
2HCl+ Ca（OH）2 = CaCl2 +2H2O
CaCl2+2NH3·H2O+CO2=CaCO3 ↓ +2NH4Cl+H2O
（5） 蘇爾維法
生產(chǎn)純堿過程中得到副產(chǎn)品輕鈣。
2.3 輕質(zhì)碳酸鈣的特點(diǎn)
顆粒形狀規(guī)則,，可視為單分散粉體,；粒徑分布較窄；粒徑小,，一般為1~3 μm,。根據(jù)碳酸鈣晶粒形狀的不同，可將輕鈣分為立方錘形,、立方針形,、鏈形、球形,、片形和四角柱形,，這些不同形狀晶粒可由控制反應(yīng)條件制得,。輕鈣的原始平均粒徑（d）分為：微粒碳酸鈣>5 μm ,；微粉碳酸鈣1~5 μm ；微細(xì)碳酸鈣0.1~1 μm ,；超細(xì)碳酸鈣0.02~0.1 μm ,；超微細(xì)碳酸鈣＜ 0.02 μm。
2.4 輕質(zhì)碳酸鈣的用途
廣泛用于造紙,、塑膠,、塑膠薄膜、化纖,、橡膠,、膠黏劑、密封劑,、日用化工,、化妝品、建材,、涂料,、油墨、油灰、封蠟,、膩?zhàn)?、醫(yī)藥、食品（口香糖,、巧克力）,、飼料等。作用有：增加產(chǎn)品體積,、降低成本,；改善加工性能（如調(diào)節(jié)黏度、流變性能,、硫化性能）,；提高尺寸穩(wěn)定性，補(bǔ)強(qiáng)或半補(bǔ)強(qiáng),；提高印刷性能,；提高物理性能（如耐熱性、消光性,、耐磨性,、阻燃性、白度,、光澤）等,。
3 膠體碳酸鈣
膠體碳酸鈣（Activated Calcium Carbonate），俗名：改性碳酸鈣,，表面處理碳酸鈣,，膠質(zhì)碳酸鈣，白艷華,，活鈣,，是用表面活性劑對(duì)輕鈣或重鈣進(jìn)行表面改性而制得，經(jīng)改性后一般有補(bǔ)強(qiáng)作用,，即所謂的“活性”，故稱活性碳酸鈣,。
3.1 理化性質(zhì)
白色,、細(xì)膩、輕質(zhì)粉末,，粒子表面吸附一層脂肪酸皂,，使CaCO3 具有膠體活化性能，密度1.99~2.01 g/cm3,。膠體碳酸鈣不溶于水,，遇酸分解，灼燒變成焦黑色，放出二氧化碳并生成氧化鈣,，其活性比普鈣大,，具補(bǔ)強(qiáng)性，易分解于膠料之中,，
3.2 生產(chǎn)工藝
同碳化法,，后面多一道表面處理工序。
3.3 用途
作為橡膠填充料,，可使橡膠色澤光艷,，伸長(zhǎng)率大，抗張強(qiáng)度高,，耐磨性能良好,，還用作人造革、電線,、聚苯乙烯,、涂料、油墨和造紙等工業(yè)的填料,，可使成品具一定的抗張強(qiáng)度及光滑的外觀,；生產(chǎn)微孔橡膠時(shí)，可使其發(fā)泡均勻,。
4 晶體碳酸鈣（Crystal Calcium Carbonate）
4.1 理化性質(zhì)
純白色,，六方結(jié)晶型粉末，比容1.2~1.4 mL/g,，溶于酸,，幾乎不溶于水。
4.2 生產(chǎn)工藝
氯化鈣碳化法：先制得碳酸鈣,，再結(jié)晶,，分離，洗滌,，脫水,，烘干，篩選后,，制得結(jié)晶碳酸鈣成品,。
Ca（OH）2 +2HCl=CaCl2+2H2O
CaCl2+2NH3·H2O+CO2=CaCO3↓+2NH4Cl +H2O
4.3 用途
用于牙膏、醫(yī)藥等方面,，亦可用作保溫材料和其它化工原料,。
5 碳酸鈣在涂料中的應(yīng)用
5.1 在乳膠漆中的應(yīng)用
5.1.1 重鈣的作用
（1） 作為體質(zhì)顏料，具有填充作用,，使之細(xì)膩,、均勻,、白度高。
（2） 具有一定的干遮蓋力,，一般使用超細(xì)產(chǎn)品,，當(dāng)其粒徑與鈦白粉粒徑接近時(shí)，可提高鈦白粉的遮蓋效果,。
（3） 可提高漆膜的強(qiáng)度,、耐水性、干性,、耐擦洗性,。
（4） 改善保色性。
（5） 降低成本,，使用量為10%~50%,。
缺點(diǎn)：密度大、易沉淀,，使用量不宜過大,。
5.1.2 輕鈣的作用
（1） 作為體質(zhì)顏料，具有填充作用,，細(xì)膩,，增加白度。
（2） 具有一定干遮蓋力,。
（3） 密度小,，比表面積大，具一定的懸浮性,，起到防沉作用,。
（4） 降低成本。
（5） 增加手感,。
缺點(diǎn)：易起白霜,、發(fā)脹、增稠,，使用量不宜過大,，不能用于外墻涂料中。
5.2 在粉末涂料中的應(yīng)用
（1） 可用作高光涂料產(chǎn)品的填料,。
（2） 半光涂料產(chǎn)品,，一般可直接加入碳酸鈣配制，無須加消光劑,，節(jié)約成本。
（3） 本身為白色的無機(jī)顏料,，可與鈦白粉配合使用,，降低成本。
（4） 相對(duì)其它填料，碳酸鈣最適合于一些要求重金屬含量低的環(huán)保產(chǎn)品,，如兒童玩具,、嬰兒車等。
（5） 可提高涂料上粉率和噴涂面積,，尤其用在混合粉中較明顯,。
（6） 如果戶外耐候性有要求，不能用它作填料,。
（7） 因其吸油量高,，易引起漆膜表面橘皮，這時(shí)可在基料中加入少許氫化蓖麻油,。
（8） 起骨架作用,，可增加漆膜厚度，提高涂層耐磨性和耐久性,。
5.3 在木器涂料中的應(yīng)用
（1） 作有色底漆的填充料,，降低成本。
（2） 增加漆膜強(qiáng)度,，耐磨,。
（3） 輕鈣有少許增稠作用，易觸變,，防沉淀性好,。
（4） 重鈣在漆膜中降低打磨性，在罐中易沉淀,，要注意加強(qiáng)防沉性,。
（5） 提高漆膜的光澤度、干性,、增白,。
（6） 不宜與耐堿性的顏填料一起使用。
5.4 在汽車漆中的應(yīng)用
粒徑小于80 nm 的超細(xì)碳酸鈣,，因具有良好的觸變性而用于汽車底盤防石擊涂料及面漆,，市場(chǎng)容量達(dá)7 000~8 000 t/a，在國際市場(chǎng)售價(jià)高達(dá)1 100~1 200美元/t,。
5.5 在油墨中的應(yīng)用
超細(xì)碳酸鈣用于油墨中,，呈現(xiàn)出優(yōu)異的分散性，透明性,，極好的光澤和遮蓋力,，以及優(yōu)異的油墨吸附性和干燥性，其必須經(jīng)過活化處理,，晶形為球形或立方形,。
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