谢云 叶有
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摘要：纳米科学是上世纪末产生的一门学科，经过几十年的发展，如今纳米技术已经成为各国研究的重点。纳米材料是纳米技术实现的基础，在纳米科学研究中占据重要的地位。如今，纳米技术已经被广泛应用在了化工、电子、国防等领域，在未来高新技术的发展过程中具备极大的发展潜力。纳米碳酸钙是其中的代表，因为自身的有一特性，纳米碳酸钙粉末成为了一种重要的无机化工产品，并被作为一种填充剂应用在了橡胶、塑料、涂料、油墨等的生产加工中，不仅仅能够提高工业产品的产量，同时还能够提升产品的质量，使得这些工业材料能够具备更加广泛的应用场景。因此纳米碳酸钙粉体的制备成为了现在研究的重点。本文针对纳米碳酸钙粉体的应用进行了简要分析，同时针对超重力合成法在纳米碳酸钙制备中的应用进行了介绍。
关键词：纳米碳酸钙，超重力合成，应用
引言：新材料能够为工业和社会发展提供新的机遇，在材料技术不断发展壮大的今天，科学家们不仅仅充分利用了自然界原本拥有的材料物质，同时还创造了许多原本不存在的物质，比如塑料。这些物质给我们的生活带来了巨大的方便，也在很大程度上推动了社会的进步。而纳米材料是近几年出现在我们生活中的一种高科技材料，与传统材料相比，它的体积要小很多，单位在微米级别，而纳米碳酸钙粉体便是其中的典型代表。这种物质现在主要用于生产橡胶、塑料等材料时的添加剂，在提高材料产量和质量方面有显著的效果。所以近几年，针对这种材料的制备方法研究一直是学术界关注的重点。纳米碳酸钙粉体的制备工艺有多种，主要有间歇碳化法、连续喷雾碳化法等，近几年的研究发现，通过超重力合成技术能够提高该材料的制备效率。利用超重力RPB反应器能够实现更加稳定、安全的生产，同时在提高生产效率方面也有巨大的进步。
一、纳米碳酸钙粉体材料在化工领域的应用特性
纳米碳酸钙是指粒径为1-100纳米的功能性无机填料，广泛应用于 橡胶、塑料、造纸、油墨、涂料、密封胶与胶粘剂、医药、牙膏、食品 等领域。但不同应用对纳米碳酸钙的粒级、晶形、吸油值、分散性等要求亦有所不同。
1、纳米碳酸钙粉在橡胶中的应用特性
纳米碳酸钙在橡胶工业中多用于内胎和外胎的特殊部位、胶带、胶管、胶鞋和胶布等橡胶制品。添加了纳米碳酸钙的橡胶产品其硫化胶拉长率、抗撕裂性能、压缩变形和耐屈挠性能，都明显好于添加一般碳酸钙的产品，其价格要明显低于添加白炭黑的产品，而性能与后者相当。在硫化橡胶中，还可通过改变碳酸钙用量来调节产品的硬度。
2、纳米碳酸钙在涂料中的应用特性
纳米碳酸钙在涂料中不仅可以作为优质增白的颜料，降低成本，提高涂料油漆的光泽度，干燥性和遮盖力，及赋予涂料透明、稳定、快干等特性，还有明显的补强作用。利用“蓝移”现象，将其添加到乳胶中，能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的，增加涂料的隔热性。纳米碳酸钙作为填料，填充到涂料中可以大大提高其柔韧性、硬度、流平性、漆膜的沉积性和渗透性。
3、纳米碳酸钙在塑料中的应用特性
一是纳米碳酸钙以其独特的功能性作用，在提高塑料制品的耐热性、致密性、稳定性、硬度和刚度，改进其加工性能及散光性、抗擦伤性、平滑度等方面表现出优异的性能；二是在提高塑料薄膜的透明度、窃性、防水性、抗老化性、缺口抗冲击强度、无缺口冲击强度的增韧效果及混炼过程中的粘流性等方面，也都具有明显的效果；三是纳米碳酸钙还可以提高塑料的弯曲强度、弯曲弹性模量、热变形温度、尺寸稳定性、塑料滞热性、高阻隔性、高阻燃窒息性等物理力学性能。四是改性纳米碳酸钙在体系中良好的分散，其纳米粒子可以更好地填充体系中的物理结构缺陷，可以降低制品的表面粗糙度，减少了对光线的漫射作用，使制品表面看起来更光亮，摸起来更光滑。
4、纳米碳酸钙在油墨中的应用特性
纳米碳酸钙在油墨工业中的重要作用及其个性化要求改性纳米碳酸钙用于油墨产品中表现出优异的分散性、透明性、极好的光泽和遮盖力，以及优异的油墨吸收性和干燥性。一般碳酸钙在油墨中的填充量为3%-10%，要求必须经过活化处理，晶形为球形或立方形。
二、超重力技术在纳米碳酸钙粉体材料合成中的应用
1、超重力技术用于纳米材料合成
超重力工程技术的基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为,强化相与相之间的相对速度和相互接触,从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程。通过转动设备形成的离心力能够获得超重力。气相经气体进口管由切向引入转子外腔,利用气体压力将气相压入设备，进入转子的液体受到转子内填料的作用,周向速度增加,所产生的离心力将其推向转子外缘。在此过程中,液体被填料分散、破碎形成极大的、不断更新的表面积,曲折的流道加剧了液体表面的更新。这样,在转子内部形成了极好的传质与反应条件。液体被转子抛到外壳汇集后经液体出口管离开超重机。气体自转子中心离开转子,由气体出口管引出,完成传质与反应过程。
在制备纳米碳酸钙粉体的过程中，将搅拌釜中的料液通过液体分不起喷向旋转床的转子内缘，并在离心力作用下，由内缘流向外缘。二氧化碳气体进入旋转床后与氢氧化钙逆流接触发生反应，生成碳酸钙沉淀，反应后的混合料浆由排液口进入搅拌釜进行循环，体系pH=7时停止进气，反应结束。产品料浆经过滤、洗涤、喷雾干燥即得粉体产品。
2、超重力法合成纳米碳酸钙粉体的优点
根据上述的分析可以发现，纳米碳酸钙粉体材料在当今的化工行业中非常受欢迎，而且在未来的应用中将会发挥极高的价值。所以制备纳米碳酸钙粉体的技术成为了当今化工行业中研究的重点。
生产碳酸钙主要有研磨法和化学沉降法两种工艺，一般通过研磨法生产的碳酸钙其直径往往会达到1微米，无法达到纳米材料的要求，所以制备纳米碳酸钙就要选择化学沉降法。但是在采用化学沉降法的过程中，通常会产生晶体生长问题，也就是生成的纳米微粒会彼此结合，形成更大的颗粒。所以在采用化学沉降法的过程中，需要加入晶体生长抑制剂，防止其进一步长大。采用这种方式产生的微粒往往直径较大，化学反应的重复性较差，同时也会造成产品质量不均匀。并且为组织晶体生长而加入的抑制剂可能会与微粒产生一定的反应，造成产品纯度不够的问题。
采用超重力技术生产纳米碳酸钙的过程中，利用高速旋转设备将氢氧化钙溶液剪切成微细的液滴、液丝和液膜。当反应结束，碳酸钙微粒形成之后就会在强大的离心力作用下与反应溶液分离，不会与其他微粒进一步结合，保证了其具备较小体积的状态。并且在这种状态下，反应溶液在设备中展开的面积更大，接触更加充分，会使得反应的速度更快。根据相关的实验可以发现，利用超重力法合成的碳酸钙其平均直径不超过30纳米，设备生产过程中产品质量能够更加稳定，生产时间也大大缩短，相较于传统的化学方法能够降低20%的时间，其生产效益更高。
3、纳米碳酸钙粉体的检测
通过超重力合成法生成的纳米碳酸钙可以用用在多种行业，在应用之前，还需要对纳米碳酸钙进行检测，比如在橡胶生产行业比较重视纳米碳酸钙粉体的吸油值和黏度等参考量，相同晶型、同等规整、且改性剂相同粒径越细，吸油值越高，吸油值的高低更能反映的是晶体形状和规整程度，晶体越接近立方体，表面越规整。黏度与粒子的大小、表面处理方式有关。黏度越高，则加工性能越差。
吸油值的测试方法为：称取一定量的纳米碳酸钙试样，用滴定管滴加邻苯二甲酸二辛酯（DOP），同时用调刀不断进行翻动研磨，起初试样呈分散状，后逐渐成团直至全部被DOP所润湿，最后再计算DOP的消耗量，以每100g纳米碳酸钙吸收的DOP的量为吸油值。黏度的测试方法通常是用一定量及一定黏度的107胶与一定量的纳米碳酸钙高速分散，然后放置一定的时间后用博利飞黏度计检测。与吸油值的测试方法相比，黏度检测方法更接近应用实况。
结束语
纳米碳酸钙在如今的化工领域有着重要的应用，作为化工生产过程中的添加剂，可以极大的提升化学产品的质量。传统的化学加工工艺无法获得稳定和直径更小的微粒，通过超重力法能够在很大程度上提升纳米碳酸钙的合成效率，同时提高产品质量。
参考文献
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