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源磊小課堂|碳酸鈣,您應該了解到這些

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發布時間:
2020-03-12
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源磊小課堂|碳酸鈣,您應該了解到這些

 

碳酸鈣(CaCO3

是一種重要的、用途廣泛的無機鹽,根據加工方式的不同通常分為重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣。碳酸鈣無論是重質碳酸鈣還是輕質碳酸鈣,是塑料、橡膠、造紙等工業中使用數量最大、應用面最廣的粉體填料。

 

重質碳酸鈣:又稱研磨碳酸鈣,簡稱重鈣,是以天然方解石、石灰石、白云石、白堊、貝殼等為原料通過物理方法加工制得。

 

 

輕質碳酸鈣:又稱沉淀碳酸鈣,簡稱輕鈣,是用化學方法加工制得。

 

 

碳酸鈣不僅可以降低塑料制品的原材料成本,還具有改善塑料材料某些性能的作用。研究成果表明,不同種類的碳酸鈣在使用得當時,可顯著提高基體塑料的性能,但輕鈣和重鈣的具體區分一直困擾著多數用戶,下面筆者將從17個不同角度介紹此二者的不同。

 

 

No.1

生產方式

 

 

重鈣主要是以方解石、大理石、石灰巖、白堊、漢白玉等天然礦物為原料,經機械粉磨加工得到的粉體材料; 

 

輕鈣主要是以石灰石為原料,經煅燒、消化、碳化、脫水、干燥、分級等工序得到的粉體材料。   

 

 

No.2

堆積密度

 

 

產品堆積密度的不同是重鈣與輕鈣最明顯的區別。 

 

重鈣產品的堆積密度較大,一般為0.8~1.3g/cm3; 

 

輕鈣產品的堆積密度較小,一般為0.5~0.7g/cm3,一些納米碳酸鈣產品的堆積密度甚至可達到0.28g/cm3左右。

 

No.3

吸油值

 

 

重鈣由于顆粒大、表面光潔、比表面積小,因此吸油值較低,一般為40~60mL/100g;

 

輕鈣顆粒微細、表面較粗糙,比表面積大,因此吸油值較高,一般為60~90mL/100g。

 

No.4

白度

 

 

重鈣由于相對雜質較多,因此產品白度一般為89%~93%,極少數的產品能達到95%;

 

輕鈣產品純凈度較高,因此白度一般為92%~95%,部分產品可以達到96%~97%。

 

 

No.5

水分含量

 

 

重鈣產品水分一般為0.2%~0.3%,水分含量比較低,同時也較為穩定,一些高檔的產品水分甚至可達到0.1%左右; 

 

普通輕鈣產品水分0.3%~0.8%,有時會有一定的波動,不太穩定。

 

No.6

顆粒形狀

 

 

重鈣的粉體特點是:顆粒形狀不規則,而且顆粒有一定的棱角,表面粗糙;顆粒大小差異較大,粒徑分布較寬,粒徑較大。破碎和細化不會改變重鈣的晶型,一般方解石重鈣為六方晶型、大理石重鈣為立方晶型,主要與產地有關。 

 

輕鈣的粉體特點是:顆粒形狀規則,可視為單分散粉體;粒度分布較窄。根據晶粒形狀的不同,輕鈣可分為紡錘形、立方形、針狀、鏈狀、球形、片狀和菱形等。 

 

紡錘形碳酸鈣是輕鈣中最常見的一種晶形,平均長軸粒徑為5~12μm,平均短軸粒徑為1~3μm; 立方形碳酸鈣平均粒徑為0.02~0.1μm; 針狀碳酸鈣平均粒徑為0.01~0.1μm,平均長徑比為5~100; 鏈狀碳酸鈣平均粒徑為0.01~0.1μm,平均長徑比為10~50;球形碳酸鈣平均粒徑為0.03~0.05μm; 片狀碳酸鈣平均粒徑為1~3μm。

 

 

No.7

味道

 

 

輕鈣由于氧化鈣反應不完全,殘留有石灰味道,如填充餅干則會有嗆人的味道;而重鈣沒有。

 

No.8

粒徑大小

 

 

重鈣產品的粒徑為0.5~45μm不等,按其原始平均粒徑(d)分為:粗磨碳酸鈣(d >3μm)、細磨碳酸鈣(d =1~3μm)、超細碳酸鈣(d =0.5~1μm);

 

輕鈣按其原始平均粒徑(d)可分為:微粒碳酸鈣(d >5μm)、微粉碳酸鈣(d =1~5μm)、微細碳酸鈣(d =0.1~1μm)、超細碳酸鈣(d =0.02~0.1μm)、超微細碳酸鈣(d <0.02μm)。

 

 

No.9

沉降體積

 

 

沉降體積是單位質量的碳酸鈣在100mL水中振蕩并靜置3h后所具有的體積。

 

沉降體積越大說明產品粒度越小、密度越輕、產品檔次越高。 

 

重鈣的沉降體積為1.1~1.4mL/g; 

 

輕鈣的沉降體積為2.4~2.8mL/g,納米輕鈣的沉降體積為3.0~4.0mL/g。

 

No.10

比表面積

 

 

普通重鈣的比表面積一般為1m2/g左右,重質微細碳酸鈣比表面積為1.45~2.1m2/g;

 

普通輕鈣的比表面積一般為5m2/g左右,輕質微細碳酸鈣比表面積為27~87m2/g。

 

 

No.11

流動性

 

 

從流動性上考慮,輕鈣的微觀結構為紡錘形狀,加上其自身吸油值比較大,可以將配方中促進流動的組分如潤滑劑、增塑劑、偶聯劑、分散劑等吸收,所以它的流動性不如重鈣好,一般加入量超過25份就嚴重影響流動性;

 

重鈣為顆粒狀可以促進流動性,加入量不受限,在PVC管材配方中如果碳酸鈣添加超過25份,從流動性上考慮最好選用重鈣。

 

No.12

價格

 

 

重鈣的加工主要是通過機械破碎、研磨的方法實現;

 

輕鈣的生產是通過化學反應沉淀后制取的,后者比前者的工藝復雜得多,要求也相應嚴格得多,因此同等粒徑的重鈣要比輕鈣便宜30%左右,如果性能允許選擇重鈣更經濟便宜。

 

 

No.13

改性功能

 

 

重鈣對拉伸強度較好,使用重鈣塑料加工流動性要好一些,而且粒徑較小的重鈣填充塑料性能也較好;

 

輕鈣對沖擊強度和剛性較好,一般用輕鈣的塑料表面更光滑一些,而且密度會低一些。

 

No.14

色光可控度

 

 

色相為顏色的主色調,而色光為顏色的余光。不同晶型的粉體具有不同的色相,碳酸鈣具有三種不同的晶型,因此也就具有不同的色相。

 

對于重鈣而言不同產地碳酸鈣所發出的底色不同,破碎和細化也不會改變,如四川碳酸鈣底色發藍色、廣西碳酸鈣底色發紅色、江西碳酸鈣底色發青色等等;

 

而對于輕鈣,在合成的過程中可以控制其產生晶型的種類,進而控制其色光的類型。在具體配色時,碳酸鈣的色光要與主著色劑色相一致。

 

 

No.15

pH值

 

 

重鈣的pH值為8-9;

輕鈣的pH值為9-10。

 

No.16

礦物經濟學對比

 

 

粉體制備成本:常規成本相當,處于同一競爭水平,但若附加環境管制成本和資源浪費率,輕鈣擴展成本則高于重鈣; 

 

環境平衡度:重鈣生產除噪聲外,無“三廢”排放,環境易協調和管制;輕鈣生產排放“三廢”,特別有燃燒廢氣,環境總平衡度低;

 

資源利用率:重鈣易于礦產資源綜合利用,輕鈣不易控制礦產資源合理利用率。

 

No.17

應用性能

 

 

 

重鈣:主要用于造紙、橡膠和塑料等行業,填充量一般較大,主要作為體積填料,降低應用產品的制造成本;

 

輕鈣:相對應用領域較廣泛,主要的應用領域為塑料、橡膠、涂料、膠粘劑、卷煙紙、油墨等,以體積填充為主,而納米碳酸鈣產品在應用過程中往往作為改性或補強等功能性填料使用,填充量一般較少。

 

 

結論:正確區分好輕鈣和重鈣,在具體配方設計時選取適合自己的碳酸鈣具有重要的意義,這樣就可以按需要選取材料,既可以滿足性能又可以降低成本。

 

 

 

 

 

 

 

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