隨著納米科技的快速發展，納米材料的應用受到各個領域的廣泛關注。納米碳酸鈣作為一種優質填料和白色顏料，具有成本低、性能優、無毒無味等特點，廣泛應用在橡膠、塑料、造紙、涂料、油墨、醫藥、化妝品等諸多領域。在其應用過程中，納米碳酸鈣功能的好壞，主要取決于碳酸鈣產品的化學組成、形貌特征、平均粒徑及分散性等參數，其中最重要的是粒子的晶形和粒度分布，不同晶形的納米碳酸鈣粒子，其應用領域和功能不同。

目前，通過人為地控制碳酸鈣的結晶，制得特殊晶形的納米碳酸鈣產品，從而賦予產品更高的應用性能和附加值，仍然是當前碳酸鈣研究開發的熱點。

一、納米CaCO₃的晶形控制

晶體的生成包括晶核形成與晶體生長兩個階段，分為“平衡型”和“生長型”。“平衡型”是基于熱力學分析，“生長型”基于動力學分析。一般在自然條件下，晶體形狀即是平衡形狀。

在納米納米CaCO₃制備過程中，通過調節碳化溫度、攪拌速度、CO₂氣體流速、通氣方式、液相濃度等條件，來控制碳酸鈣不同結晶階段的反應速度，最終達到控制晶體大小與形貌的目的。此種導向技術得到的產品性能穩定，但其技術復雜、要求高、設備投資大，目前，日本多采用此種工藝。

二、納米CaCO3不同晶形的控制及應用

納米碳酸鈣晶形主要分為：球形、鏈狀、針狀、立方形、片狀等。晶形控制主要取決于不同反應階段的離子濃度和選擇合適的晶形控制劑。單純工藝導向技術復雜、對設備要求高，而純粹晶形控制劑導向得到的納米碳酸鈣形態有限，滿足不了工業中多樣性的需求，所以，目前，多采用兩種導向工藝結合技術，制備形態多樣的納米碳酸鈣產品。

1、單分散球形納米碳酸鈣

球形納米碳酸鈣具有良好的平滑性、流動性等特點，被廣泛應用在橡膠、涂料和高檔油漆及電子陶瓷等行業。

球形納米碳酸鈣在制備過程中，關鍵點在于如何選擇合適的添加劑以和添加劑的用量，以便強化對形貌的誘導作用。主要晶形控制劑有ZnCl₂、MgCl₂、EDTA及PEG等，同時還要綜合考慮pH值、濃度、溫度等影響因素。

2、鏈狀納米碳酸鈣

鏈鎖形納米碳酸鈣是優良的橡膠補強填料。在與橡膠混煉過程中，鏈鎖狀的鏈被打斷，形成高活性點與橡膠鏈健接，這使它的分散性提高，補強作用也大大增強。鏈鎖形納米碳酸鈣還可以和其他填料，如，炭黑、白炭黑、鈦白粉等混合使用，達到改善制品加工性、調色或部分替代鈦白粉等昂貴的白色填料的目的。

鏈狀納米碳酸鈣制備主要晶形控制劑有水楊酸、油酸等。

3、針狀納米碳酸鈣

針狀納米碳酸鈣又稱晶須碳酸鈣，一般指長徑比大于10，截面積小于5.2×10－100px2的單晶纖維材料。其完整的晶體結構，使它的補強增韌功能遠大于目前常用的增韌劑。作為一種補強增韌填料，它可以顯著提高材料的強度、伸長度、硬度、耐磨性等，特別是可以提高橡膠的耐曲撓性。所以，針狀納米碳酸鈣有望取代玻璃、石棉等纖維材料和昂貴的鈦酸鉀、碳化鈦（SiC）等晶須材料，在造紙、塑料、橡膠和涂料等工業領域廣泛應用。

針狀納米碳酸鈣制備的主要晶形控制劑有硫酸鈉、六偏磷酸鈉等。

4、立方形納米碳酸鈣

立方形納米碳酸鈣是目前工業中用量最大的納米碳酸鈣品種。它結構簡單、堆積體積小、流動性好，用在紙張中，表現出很高的遮光度、平整度和白度；添加到塑料中，可以提高塑料的強度、耐沖擊性和加工性。

立方形納米碳酸鈣主要晶形控制劑有蔗糖、碳酸氫鈉等。

5、片狀納米碳酸鈣

片狀納米碳酸鈣具有較強的表面涂覆功能和遮蓋力，以及良好的分散性能、光學性能和印刷性，被廣泛用在造紙行業。特別，當片狀納米碳酸鈣用于銅版紙涂布顏料時，表現出良好的流動性和分散性，具有比普通紡錘體PCC（輕質碳酸鈣）更好的光澤度和平滑度，可以代替或部分代替越來越短缺的片狀高嶺土。

片狀納米碳酸鈣主要晶形控制劑有H₃BO₃等。

三、小結

隨著納米碳酸鈣應用領域不斷拓展，對納米碳酸鈣專用化和功能化提出了更高的要求，這就要求更多新形貌的出現，以滿足不同制品的特殊需求。在晶形控制方面，雖然不同形貌的納米碳酸鈣已經被制備出來，但關于結晶過程尚缺乏研究，對有效控制納米碳酸鈣粒子的大小、形狀和粒徑分布尚沒有形成成熟的理論。相信隨著測試技術的不斷進步以及對納米碳酸鈣結晶過程的不斷深入探索，完善的結晶理論將會形成，最終達到根據需要去人為的設計納米碳酸鈣微觀結構的目標。

作者：李波濤

參考文獻：《聚合物控制碳酸鈣晶型、形貌的研究》，陳銀霞等