對超細碳酸鈣來(lái)說(shuō),粒徑、比表面積、晶形和吸油值等是重要的幾項技術(shù)指標,直接影響著(zhù)超細碳酸鈣的應用性能。對于專(zhuān)用品而言,用途不同,對超細碳酸鈣各項技術(shù)指標的側重也不一樣,要求亦各不相同,不能一樣對待。
1.粒徑與比表面積
如何使超細碳酸鈣一次粒子的平均粒徑達到0.02~0.1μm,是超細碳酸鈣的基礎指標,固然很重要,否則就不稱(chēng)其為超細碳酸鈣。
但嚴格上講,這只完成了生產(chǎn)超細碳酸鈣任務(wù)的一半。如果表面處理技術(shù)和分散技術(shù)跟不上,會(huì )使生成的一次粒子團聚成大顆粒的二次粒子,粒徑可達幾百納米。
因此,在透射電鏡(TEM)下,觀(guān)察到或拍攝到的照片只能反映一次粒子的大小,并不能反映團聚后二次粒子實(shí)際粒徑的大?。ㄒ蛑茦舆^(guò)程中,作了一定的技術(shù)處理),這種團聚嚴重的超細碳酸鈣,用BET測出的比表面積比較小。
所以,只有用透射電鏡觀(guān)察和比表面積測定相互配合,才能對超細碳酸鈣的微細程度、顆粒的晶形、分散狀況,得出比較科學(xué)的較全面的判斷。
超細碳酸鈣的平均粒徑與其比表面積有著(zhù)內在的聯(lián)系。有的研究者采用沉降體積來(lái)確定粒徑的大小。眾所周知,影響碳酸鈣沉降體積的因素,除粒徑大小外(石灰石質(zhì)量,石灰煅燒質(zhì)量,石灰消化、碳化條件等都會(huì )影響粒徑大?。?,還有碳酸鈣的晶形,而且碳酸鈣晶形具有多樣性,同一種晶形也因其不是十分規則的幾何形貌,相互之間也不可能相同,故晶形對沉降體積的影響比較復雜,所以,用沉降體積的方法來(lái)確定粒徑的大小不夠科學(xué),誤差較大。
為有效阻止二次粒子的團聚,超細碳酸鈣一般都要表面改性處理,因為表面處理的過(guò)程除有效改善超細碳酸鈣的活性外,也是有效阻止二次粒子團聚的過(guò)程。
對某種專(zhuān)用品種的超細碳酸鈣而言,為更好地適應用戶(hù)的要求,既有晶形、粒徑的不同,又有表面處理劑的選擇,也有處理過(guò)程中的經(jīng)驗和訣竅。
因此,對不同用途的超細碳酸鈣專(zhuān)用品種,用一個(gè)統一的標準去衡量是很困難的。
2.晶形
對超細碳酸鈣來(lái)說(shuō),晶形也是一個(gè)很重要的技術(shù)指標。眾所周知,普通輕質(zhì)碳酸鈣是紡錘形,如用于PVC塑料中,會(huì )產(chǎn)生較大的應力,使塑料薄膜產(chǎn)生白化現象。作為超細碳酸鈣,則應該根據用途不同而產(chǎn)生不同晶形的產(chǎn)品。
例如:
塑料用超細碳酸鈣,晶形要求結構簡(jiǎn)單,堆集體積小一點(diǎn),吸油值低一些,所以立方體或球形為好。粒徑0.072μm超細碳酸鈣對PVC塑料有一定增強作用,可使制品表面細潔,光澤好,電絕緣性能好,用于軟質(zhì)電纜料中,在增加一倍以上填充量的情況下,仍能保持其性能符合國家規定的標準,用在塑料薄膜中,可減少白化現象并可提高低溫伸長(cháng)率;用于硬質(zhì)塑料,如塑料門(mén)窗和各種異型材,可提高抗沖擊強度,使缺口沖擊強度可達49.1kJ/m2。
橡膠用超細碳酸鈣,鏈鎖狀的補強性能好。鏈鎖狀超細碳酸鈣是幾個(gè)乃至幾十個(gè)碳酸鈣晶粒沿一個(gè)方向結合而成,它在橡膠中有空間立體結構,有很好的分散性,在與橡膠混煉時(shí),碳酸鈣的鏈斷裂,形成活性斷面,與橡膠鏈結合得更牢固,從而大大提高其在橡膠中補強作用。不同形狀的超細碳酸鈣在橡膠中的補強性能由強變弱的順序為:鏈鎖形、針形、球形、立方形。
油墨用超細碳酸鈣,立方形更好,這也是由油墨的性質(zhì)決定的,在樹(shù)脂型油墨中,填充超細碳酸鈣以后,要求高光澤、透明性好且流動(dòng)性好。立方形對油墨的光澤有利。
造紙涂布用沉淀碳酸鈣,一般不屬于超細碳酸鈣的范疇,其粒徑大都在微細碳酸鈣的范圍內(粒徑0.1~1μm),但有一點(diǎn)相同,就是對晶形也有一定的要求。如要求不透明度(遮蓋率)、高粘濃度、白度以及對油墨的吸收性能等。因此,片狀晶形、立方晶形是較理想的。
綜上所述,不僅要確保超細碳酸鈣粒徑為0.02~0.1μm,而且要依據用途確定產(chǎn)品晶形的類(lèi)別,才能產(chǎn)生出適銷(xiāo)對路的產(chǎn)品。
3.吸油值
超細碳酸鈣吸油值的大小對其應用性能很重要,尤其對塑料、涂料、油墨的應用性能更為重要。如吸油值大,用于塑料就會(huì )消耗大量的增塑劑;用于涂料、油墨就會(huì )增加黏度。因此,吸油值不能太高。
影響某種粉體吸油值大小的因素,除去該物質(zhì)本身的物性外,其它因素也很多,其中粉體粒徑大小是一個(gè)重要因素。
因此,作為超細碳酸鈣,首先考慮的是超細碳酸鈣粒徑的大小,分散性能如何,是否達到了與其粒徑大小相對應的比表面積,在此基礎上,再考慮如何降低其吸油值,只有這樣,才有實(shí)際意義。假如其分散性不好,二次粒子團聚很厲害,比表面積很小,這種情況下,即使吸油值較低,在應用時(shí)也沒(méi)實(shí)際意義。
4.主含量
超細碳酸鈣的主含量(氧化鈣)相對而言,在一定的范圍內不應限制太嚴。因為,在多數情況下,超細碳酸鈣是作為一種功能性填料,對被填充物產(chǎn)生影響的是物理性能,而很少是化學(xué)性能,而超細碳酸鈣主含量在一定的范圍內都能滿(mǎn)足其物理性能的要求。
在超細碳酸鈣的制備過(guò)程中,為了制得各種晶形、分散性能好、活化性能優(yōu)良的超細碳鈣以滿(mǎn)足塑料、橡膠、油墨等不同產(chǎn)品的要求,通常需要加進(jìn)某些控制劑、分散劑、表面處理劑等,一般情況下,這些有意加進(jìn)去的“雜質(zhì)”,對超細碳酸鈣的應用性能是沒(méi)有影響的,甚至是有好處的。而由于有意加進(jìn)了這些所謂的雜質(zhì),超細碳酸鈣的主含量(氧化鈣)就肯定要受到影響。
當然,對其中某些有害元素,如鐵、錳等,無(wú)論是原料中帶進(jìn)的,還是制備中帶進(jìn)的,都應該嚴格控制,因為這些有害雜質(zhì),不僅影響制品的顏色,還會(huì )加快樹(shù)脂本身的降解速度,加速樹(shù)脂的老化,應嚴格避免。還有些雜質(zhì)如硅、鋁、鎂等,除對超細碳酸鈣的白度有不利的影響外,也對生產(chǎn)工藝中的操作有不利的影響。在選擇石灰石原料時(shí),也要加以控制。
由此可見(jiàn),對超細碳酸鈣的主含量(氧化鈣),在適當的范圍內,不應要求過(guò)嚴,否則就會(huì )影響到一些專(zhuān)用品種的發(fā)展。
綜上所述,超細碳酸鈣的重點(diǎn)發(fā)展方向是專(zhuān)用化、系列化、多品種化、功能化。認為只要生產(chǎn)出粒徑為0.02~0.1μm的超細碳酸鈣,不問(wèn)晶形,不管分散性和活化性就可用于橡膠、塑料、油墨、涂料、造紙等一切領(lǐng)域,是不符合實(shí)際的。應根據用途的不同,對粒徑大小、晶體形狀、比表面積、吸油值、主含量等提出具有針對性、各具特色的要求,使之更能滿(mǎn)足不同行業(yè)、不同用戶(hù)的要求。因此對不同用途的超細碳酸鈣專(zhuān)用品種,用一個(gè)統一的標準去衡量是很困難的。