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摘 要：碳酸钙作为一种生物矿物，其具有良好的生物相容性和稳定的化学性质，属于很有前途的无机材料，被广泛应用于医药、油墨、涂料、塑料和橡胶等领域。而纳米碳酸钙则是指粒径保持在1～100nm范围内的碳酸钙产品，其涉及超微细碳酸钙和超细碳酸钙这两种产品，具有宏观量子隧道效应、小尺寸效应和量子尺寸效应，在杀菌消毒、增强透明性与补强性等方面的应用性能较为特殊。本文就对纳米碳酸钙的化学制备方法及应用进行分析和探讨。
关键词：纳米碳酸钙；化学制备方法；应用
纳米碳酸钙是上世纪八十年代发展起来的新型固体材料，选料为非金属矿石灰石，采用沉淀法合成纳米粉末体的技术来制备纳米材料。随着纳米技术的快速发展，碳酸钙逐步实现了表面改性、结构复杂化以及超细化的发展，应用价值越来越高，在熔点、催化剂、光热组和磁性等方面的优越性日益增强。可以说，纳米碳酸钙产品的应用空间与发展潜力将会越来越大。
一、纳米碳酸钙的化学制备方法
（一）凝胶法
凝胶法主要是以凝胶的一端或两端为依据，让Ca2+和CO32-加以扩散，这样凝胶内部可以生成结晶核，在其位置不变的前提下，能够对晶核的生长与生成进行连续观察，适应于晶体过程的研究。当然对不同的条件加以控制，如添加剂的浓度与种类、pH值、Ca2+和CO32-的浓度、凝胶浓度等，可以得到球霞石型或文石型的碳酸钙。
（二）乳液法
乳液法可以划分为乳状液膜法与微乳液法，其中利用前者来制备纳米CaCO3时，膜溶剂需选用煤油，让司本-80（Span-80）座位流动载体与表面活性剂，这样可以配成水相与油相不相溶的液体混合物，利用电动搅拌器加以搅拌后，这时油相中会分散有微液滴形式Na2CO3水溶液，形成乳液后与Ca（OH）2溶液进行混合搅拌，Ca2+会进入微液滴加以反应，从而生成CaCO3超细颗粒。后者则是在两份完全相同的微乳液中溶入可溶性钙盐与可溶性碳酸盐，在特定情况下混合反应之后，需要对小区域内的晶粒生长与成核进行控制，然后将溶剂与晶粒进行分离，从而得到纳米碳酸钙的颗粒。一般来说，微乳液是由水、油、助表面活性剂、表面活性剂组成的热力学稳定体系。
（三）复分解法
复分解法主要是在一定的工艺情况下，将水溶性碳酸盐与水溶性钙盐进行固-液相反应，制备出纳米碳酸钙产品，以此控制生成碳酸钙的过饱和度以及反应物的温度与浓度，适当加热添加剂则能够获得无定性碳酸钙。如利用此方法制备纳米碳酸钙时，选用碳酸铵与氯化钙作为原料，其化学反应式为：（NH4）2CO3+CaCl2=2NH4Cl+CaCO3↓，这样可以制备出高白度与高纯度的纳米碳酸钙产品。但是由于碳酸钙中氯离子无法除尽吸附，而在实际生产中采用的倾析法需消耗大量洗涤用水与时间，因此使用范围狭小。
（四）碳化法
采用碳化法來制备纳米碳酸钙时，需要精心选择石灰石，并对其加以煅烧来获得窑气与氧气；然后消化氧化钙来生成悬浮氢氧化钙，利用高剪切力作用对其进行粉碎，借助多级旋液来分离与去除杂质及颗粒，获得精制氢氧化钙悬浮液；适当加入晶型控制剂与CO2气体，得到晶型碳酸钙浆液，在此基础上通过表面处理、干燥与脱水等手段获取纳米碳酸钙。该方法可分为连续喷雾碳化法与间歇搅拌式碳化法，前者制备的纳米碳酸钙产品具有粒度均匀和细小等特点，平均粒徑多为30nm～40nm，微粒晶型可调控，投资与能耗相对较小，产品质量稳定，生产能力大。而后者的搅拌气液具有较大的接触面积，因此产品的粒径分布较为狭窄，反应相对均匀，但是其需要较大的设备投资，操作十分复杂。总而言之，碳化法制备的纳米碳酸钙产品高，具有良好的性价比，在国内外的工业生产中应用较为广泛。
二、纳米碳酸钙的应用
对于纳米碳酸钙而言，其作为一种优质的填料，具有粒子形状可控、成本低、化学性质稳定、易于着色和色白质纯等优势，在橡胶和涂料等工业生产中得到了广泛的应用。首先，涂料工业。纳米碳酸钙多用于水性涂料，以此提高其光泽度、硬度和柔韧性，能够有效防止沉降情况的发生；同时借助其存在的“蓝移”现象，在胶乳中适当添加纳米碳酸钙，可以使涂料形成屏蔽作用，达到防热老化和抗紫外老化的目的。其次，塑料工业。在塑料中应用纳米碳酸钙时，可以改进塑料的散光性与加工性能，提高耐热性与塑料尺寸的刚性、硬度、稳定性，减少产品的成本，促进塑料体积的增加。由于纳米碳酸钙具有较小的粒径，可以在塑料的空隙与气泡中适当填充纳米碳酸钙，确保塑料的均匀性。在聚乙烯中添加纳米碳酸钙，可以在一定程度上增加韧性，因此其在聚丙烯和聚氯乙烯塑料等聚合物中的应用较广。最后，橡胶工业。橡胶中应用纳米碳酸钙，不仅可以具备良好的空间立体结构与分散特性，促进材料补强作用的提升，还可以降低橡胶原料的使用，减少成本，增加制品的体积；同时将其与陶土等填料相互配合使用，能够提高制品的抗张强度与伸性，增强产品质量。硬脂酸及其盐类在增加钙离子与橡胶的表面湿润度、纳米碳酸钙的表面改性等方面发挥着重要的作用。
三、结束语
纳米碳酸钙作为一种新的固体材料，具有优异的性能，将其应用于涂料、塑料和橡胶等领域，将会为工业化生产带来更大的经济效益与生产价值，具有良好的发展前途。随着社会的发展与科技的进步，对纳米碳酸钙功能化与专用化的要求越来越高，需要完善各种制备方法，采用低廉高效的制备方法，制备高品质与高纯度的纳米碳酸钙产品，以此满足不同制品的需求。我们相信，在纳米碳酸钙结晶过程研究不断深入以及制备手段进步的背景下，将会形成完善的结晶理论，实现结合需求来人为设计纳米碳酸钙微观结构的目的。
参考文献：
[1]陈志军，张秋云，坝德伟，马培华.纳米碳酸钙的研究进展[J].广州化工，2010（10）：20-22.
[2]王向科，尹荔松.不同形态纳米碳酸钙制备及应用的研究进展[J].硅酸盐通报，2014（05）：1103-1106.
[3]赵丽娜，孔治国.链状纳米碳酸钙的原位制备及其性能表征[J].化学通报，2012（03）：257-261.
[4]王小莉，杜长森，周华，王燕平.纳米碳酸钙的制备、改性与应用[J].安徽化工，2012（02）：7-10.
关键词：纳米碳酸钙；化学制备方法；应用
纳米碳酸钙是上世纪八十年代发展起来的新型固体材料，选料为非金属矿石灰石，采用沉淀法合成纳米粉末体的技术来制备纳米材料。随着纳米技术的快速发展，碳酸钙逐步实现了表面改性、结构复杂化以及超细化的发展，应用价值越来越高，在熔点、催化剂、光热组和磁性等方面的优越性日益增强。可以说，纳米碳酸钙产品的应用空间与发展潜力将会越来越大。
一、纳米碳酸钙的化学制备方法
（一）凝胶法
凝胶法主要是以凝胶的一端或两端为依据，让Ca2+和CO32-加以扩散，这样凝胶内部可以生成结晶核，在其位置不变的前提下，能够对晶核的生长与生成进行连续观察，适应于晶体过程的研究。当然对不同的条件加以控制，如添加剂的浓度与种类、pH值、Ca2+和CO32-的浓度、凝胶浓度等，可以得到球霞石型或文石型的碳酸钙。
（二）乳液法
乳液法可以划分为乳状液膜法与微乳液法，其中利用前者来制备纳米CaCO3时，膜溶剂需选用煤油，让司本-80（Span-80）座位流动载体与表面活性剂，这样可以配成水相与油相不相溶的液体混合物，利用电动搅拌器加以搅拌后，这时油相中会分散有微液滴形式Na2CO3水溶液，形成乳液后与Ca（OH）2溶液进行混合搅拌，Ca2+会进入微液滴加以反应，从而生成CaCO3超细颗粒。后者则是在两份完全相同的微乳液中溶入可溶性钙盐与可溶性碳酸盐，在特定情况下混合反应之后，需要对小区域内的晶粒生长与成核进行控制，然后将溶剂与晶粒进行分离，从而得到纳米碳酸钙的颗粒。一般来说，微乳液是由水、油、助表面活性剂、表面活性剂组成的热力学稳定体系。
（三）复分解法
复分解法主要是在一定的工艺情况下，将水溶性碳酸盐与水溶性钙盐进行固-液相反应，制备出纳米碳酸钙产品，以此控制生成碳酸钙的过饱和度以及反应物的温度与浓度，适当加热添加剂则能够获得无定性碳酸钙。如利用此方法制备纳米碳酸钙时，选用碳酸铵与氯化钙作为原料，其化学反应式为：（NH4）2CO3+CaCl2=2NH4Cl+CaCO3↓，这样可以制备出高白度与高纯度的纳米碳酸钙产品。但是由于碳酸钙中氯离子无法除尽吸附，而在实际生产中采用的倾析法需消耗大量洗涤用水与时间，因此使用范围狭小。
（四）碳化法
采用碳化法來制备纳米碳酸钙时，需要精心选择石灰石，并对其加以煅烧来获得窑气与氧气；然后消化氧化钙来生成悬浮氢氧化钙，利用高剪切力作用对其进行粉碎，借助多级旋液来分离与去除杂质及颗粒，获得精制氢氧化钙悬浮液；适当加入晶型控制剂与CO2气体，得到晶型碳酸钙浆液，在此基础上通过表面处理、干燥与脱水等手段获取纳米碳酸钙。该方法可分为连续喷雾碳化法与间歇搅拌式碳化法，前者制备的纳米碳酸钙产品具有粒度均匀和细小等特点，平均粒徑多为30nm～40nm，微粒晶型可调控，投资与能耗相对较小，产品质量稳定，生产能力大。而后者的搅拌气液具有较大的接触面积，因此产品的粒径分布较为狭窄，反应相对均匀，但是其需要较大的设备投资，操作十分复杂。总而言之，碳化法制备的纳米碳酸钙产品高，具有良好的性价比，在国内外的工业生产中应用较为广泛。
二、纳米碳酸钙的应用
对于纳米碳酸钙而言，其作为一种优质的填料，具有粒子形状可控、成本低、化学性质稳定、易于着色和色白质纯等优势，在橡胶和涂料等工业生产中得到了广泛的应用。首先，涂料工业。纳米碳酸钙多用于水性涂料，以此提高其光泽度、硬度和柔韧性，能够有效防止沉降情况的发生；同时借助其存在的“蓝移”现象，在胶乳中适当添加纳米碳酸钙，可以使涂料形成屏蔽作用，达到防热老化和抗紫外老化的目的。其次，塑料工业。在塑料中应用纳米碳酸钙时，可以改进塑料的散光性与加工性能，提高耐热性与塑料尺寸的刚性、硬度、稳定性，减少产品的成本，促进塑料体积的增加。由于纳米碳酸钙具有较小的粒径，可以在塑料的空隙与气泡中适当填充纳米碳酸钙，确保塑料的均匀性。在聚乙烯中添加纳米碳酸钙，可以在一定程度上增加韧性，因此其在聚丙烯和聚氯乙烯塑料等聚合物中的应用较广。最后，橡胶工业。橡胶中应用纳米碳酸钙，不仅可以具备良好的空间立体结构与分散特性，促进材料补强作用的提升，还可以降低橡胶原料的使用，减少成本，增加制品的体积；同时将其与陶土等填料相互配合使用，能够提高制品的抗张强度与伸性，增强产品质量。硬脂酸及其盐类在增加钙离子与橡胶的表面湿润度、纳米碳酸钙的表面改性等方面发挥着重要的作用。
三、结束语
纳米碳酸钙作为一种新的固体材料，具有优异的性能，将其应用于涂料、塑料和橡胶等领域，将会为工业化生产带来更大的经济效益与生产价值，具有良好的发展前途。随着社会的发展与科技的进步，对纳米碳酸钙功能化与专用化的要求越来越高，需要完善各种制备方法，采用低廉高效的制备方法，制备高品质与高纯度的纳米碳酸钙产品，以此满足不同制品的需求。我们相信，在纳米碳酸钙结晶过程研究不断深入以及制备手段进步的背景下，将会形成完善的结晶理论，实现结合需求来人为设计纳米碳酸钙微观结构的目的。
参考文献：
[1]陈志军，张秋云，坝德伟，马培华.纳米碳酸钙的研究进展[J].广州化工，2010（10）：20-22.
[2]王向科，尹荔松.不同形态纳米碳酸钙制备及应用的研究进展[J].硅酸盐通报，2014（05）：1103-1106.
[3]赵丽娜，孔治国.链状纳米碳酸钙的原位制备及其性能表征[J].化学通报，2012（03）：257-261.
[4]王小莉，杜长森，周华，王燕平.纳米碳酸钙的制备、改性与应用[J].安徽化工，2012（02）：7-10.