摘要：簡要介紹了納米碳酸鈣質(zhì)量指標體系，重點討論影響產(chǎn)品質(zhì)量的工程因素，質(zhì)量控制點設置及其與工程設計和設備選型的關系。

一、前言

我國制造業(yè)正處于從數(shù)量向質(zhì)量轉變的結構調(diào)整階段，對于納米碳酸鈣等高端的超細粉末顏填料行業(yè)無疑是一個發(fā)展的新機遇。中國一路一帶發(fā)展戰(zhàn)略也給我們指出了中國創(chuàng)造走向世界的大方向。對于成長性企業(yè)，自身應該從國際化視野打造產(chǎn)品，換句話說，產(chǎn)品應滿足國際化需求。其內(nèi)涵是，產(chǎn)品不僅符合標準，更重要的是每天生產(chǎn)相同質(zhì)量的產(chǎn)品，也即產(chǎn)品的穩(wěn)定性或一致性滿足市場的需求。超細顏填料產(chǎn)品通常是下游制品的基礎原料，在制品中成本中僅占相對較低的份額，但是其性能的變異或波動可能對產(chǎn)品的功能性造成不可挽回的損失。

本文以納米碳酸鈣尤其是密封膠用納米碳酸鈣為例，討論質(zhì)量指標體系及其設置，影響質(zhì)量指標穩(wěn)定性的工程因素。

二、密封膠用納米碳酸鈣質(zhì)量指標的比較

中國國家標準《納米碳酸鈣》（GB/T 19590-2011）和國際標準《特種用途的功能性顏填料——第一部分：密封膠用納米碳酸鈣》（Functional pigments and extenders for special applications —Part 1: Nanoscale calcium carbonate for sealant application）（ISO 18473-1）規(guī)定了密封膠用納米碳酸鈣的質(zhì)量指標要求，按照顆粒特性和化學指標分別見表1，同時列出了山西蘭花華明納米材料股份有限公司對應產(chǎn)品的質(zhì)量指標。

表1. 相關標準和企業(yè)密封膠用納米碳酸鈣質(zhì)量指標要求

從上表比較，顆粒特性指標要求，ISO標準最為寬松，國標將產(chǎn)品按照平均顆粒度劃分為兩個型號，實際操作中，蘭花納米公司則根據(jù)顆粒團聚程度區(qū)分了四個型號（表中未給出）。理論上，XRD測量得到一次結晶顆粒的平均粒度，TEM測量得到一次結晶和結晶團聚體（硬團聚體）的平均粒度。

關于顆粒的團聚程度，作者認為有硬團聚體和軟團聚體之分，國家標準推薦的團聚指數(shù)，對于納米碳酸鈣而言應該是指硬團聚體的指數(shù)，納米顆粒硬團聚體通常難以藉物理力拆散，或者已經(jīng)很不經(jīng)濟，硬團聚體指數(shù)大的情形必定對應于不合理的合成工藝，例如，冷凍法合成的納米碳酸鈣，一次結晶顆粒度小于沒有50 nm，而表面處理劑又未達到足夠的量，這種情況往往造成顆粒團聚指數(shù)較大，實際的顆粒度往往是非納米級，嚴格說，這種產(chǎn)品只是號稱納米級碳酸鈣。

依據(jù)作者長期的研究和生產(chǎn)實際總結，區(qū)分產(chǎn)品是否是納米級的顆粒，應該從以下顆粒特性予以考證。首先應該看電鏡，看看顆粒的形貌及其是否團聚和連體，測量尺寸最好是透射電鏡（TEM），制樣時可以在水中假如少量的分散劑，例如十二烷基磺酸鈉等。其次，測量粉體的振實密度、DOP吸油值（ISO標準中給出的是亞麻仁油吸油值）兩個反應顆粒度分布有關的顆粒干粉堆積和樹脂填充時臨界堆積參數(shù)。通常地，振實密度越大，顆粒度分布就越寬，證明其中硬團聚體就越多，對應的DOP吸油值也會上升。硬團聚體是造成粉體結構指數(shù)增加的主要原因，例如普通輕質(zhì)碳酸鈣，由于其原生顆粒為紡錘形孿晶，其中有大量的空隙，表現(xiàn)為較大的吸油值（通常大于55 gDOP/100g），由于表面積小，氣體吸附量少，總體上其振實密度也遠大于納米級碳酸鈣。對于密封膠用納米碳酸鈣，其功能是為產(chǎn)品提供觸變性，并改善膠的拉伸性能（補強）。過多的硬團聚體，膠的拉伸性能不好（發(fā)脆），觸變性變差。

三、影響納米碳酸鈣質(zhì)量的工程因素

納米碳酸鈣質(zhì)量可以分為粉體特性指標和化學指標兩個方面。合成工藝決定了納米碳酸鈣一次顆粒的形貌、大小、尺寸分布和表面性質(zhì)。過程設備及其操作條件對合成工藝的原料和一次顆粒的后處理結果產(chǎn)生重大的影響。假設合成工藝是合理的，影響納米碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量的工程因素擇要歸結如下幾個方面。

1．設備因素

影響納米碳酸鈣質(zhì)量的設備因素主要來自石灰窯、陳化池、窯氣凈化器、合成反應器和包覆反應器、干燥器、解聚機、分級機和包裝機。這些設備對納米碳酸鈣質(zhì)量之間的關系見表2。

表2 影響納米碳酸鈣質(zhì)量的設備因素關系

2．操作及其控制因素

所說操作控制是指過程的自動控制方式和自動控制水平。為了實現(xiàn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性，建議在以下節(jié)點予以重點關注并設置自動控制系統(tǒng)（按照流程次序）。1）礦石和燃料的配比；2）一次風和二次風量；3）水灰比；4）陳化池溫度和濃度序列；5）窯氣濃度、壓力及其通氣量；6）碳化溫度序列、攪拌強度和電導率；6）包覆溫度和攪拌強度；7）活化劑等自動計量和調(diào)節(jié)；8）壓濾程序和泵的連鎖；9）熱風發(fā)生爐燃料速率、入干燥器干燥熱風溫度配比和尾氣溫度；10）解聚機電流和分級機電流；11）料倉料位和包裝機抽氣風機。

3．原材料處理

納米碳酸鈣涉及需要處理的大宗原料是礦石和水。礦石的處理包括礦石入窯塊度和入窯前清洗。

礦石塊度影響過燒和生燒比例，從而影響產(chǎn)品的氧化鎂含量、水分、白度和pH值。入窯前礦石最好是經(jīng)過清洗，盡可能地除去采礦和運輸過程中所夾帶的泥沙雜質(zhì)，可以有效地降低產(chǎn)品中酸不溶物的含量，并在一定程度上提高產(chǎn)品的白度水平和下游制品的光澤度。水處理的重點是除去原水中的懸浮物。

四、納米碳酸鈣質(zhì)量控制點設置

根據(jù)上述影響納米碳酸鈣質(zhì)量的工程因素，結合生產(chǎn)工藝，設置合理的質(zhì)量控制點，按照在線監(jiān)控和分時點檢分類管理，具體的產(chǎn)品控制點設置按照工藝流程見表3。

表3 納米碳酸鈣質(zhì)量控制設置一覽表

在新產(chǎn)品定型過程中，通常地在包覆釜后增加產(chǎn)品的定量檢驗，并與包裝產(chǎn)品對比，為調(diào)整后處理的設置參數(shù)提供技術方案。

以上的控制點設置經(jīng)過多年的實際，證明對產(chǎn)品質(zhì)量一致性具有重要的影響。

——吳秋芳（超細粉末國家工程研究中心總工程師）、

馬建民（山西蘭花華明納米材料有限公司董事長）