隨著納米科技的快速發(fā)展，納米材料的應(yīng)用受到各個(gè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。納米碳酸鈣作為一種優(yōu)質(zhì)填料和白色顏料，具有成本低、性能優(yōu)、無(wú)毒無(wú)味等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在橡膠、塑料、造紙、涂料、油墨、醫(yī)藥、化妝品等諸多領(lǐng)域。在其應(yīng)用過(guò)程中，納米碳酸鈣功能的好壞，主要取決于碳酸鈣產(chǎn)品的化學(xué)組成、形貌特征、平均粒徑及分散性等參數(shù)，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(yīng)用領(lǐng)域和功能不同。

目前，通過(guò)人為地控制碳酸鈣的結(jié)晶，制得特殊晶形的納米碳酸鈣產(chǎn)品，從而賦予產(chǎn)品更高的應(yīng)用性能和附加值，仍然是當(dāng)前碳酸鈣研究開發(fā)的熱點(diǎn)。

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(zhǎng)兩個(gè)階段，分為“平衡型”和“生長(zhǎng)型”。“平衡型”是基于熱力學(xué)分析，“生長(zhǎng)型”基于動(dòng)力學(xué)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(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)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(lái)控制碳酸鈣不同結(jié)晶階段的反應(yīng)速度，最終達(dá)到控制晶體大小與形貌的目的。此種導(dǎo)向技術(shù)得到的產(chǎn)品性能穩(wěn)定，但其技術(shù)復(fù)雜、要求高、設(shè)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(yīng)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(yīng)階段的離子濃度和選擇合適的晶形控制劑。單純工藝導(dǎo)向技術(shù)復(fù)雜、對(duì)設(shè)備要求高，而純粹晶形控制劑導(dǎo)向得到的納米碳酸鈣形態(tài)有限，滿足不了工業(yè)中多樣性的需求，所以，目前，多采用兩種導(dǎo)向工藝結(jié)合技術(shù)，制備形態(tài)多樣的納米碳酸鈣產(chǎn)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(dòng)性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在橡膠、涂料和高檔油漆及電子陶瓷等行業(yè)。

球形納米碳酸鈣在制備過(guò)程中，關(guān)鍵點(diǎn)在于如何選擇合適的添加劑以和添加劑的用量，以便強(qiáng)化對(duì)形貌的誘導(dǎo)作用。主要晶形控制劑有ZnCl₂、MgCl₂、EDTA及PEG等，同時(shí)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(yōu)良的橡膠補(bǔ)強(qiáng)填料。在與橡膠混煉過(guò)程中，鏈鎖狀的鏈被打斷，形成高活性點(diǎn)與橡膠鏈健接，這使它的分散性提高，補(bǔ)強(qiáng)作用也大大增強(qiáng)。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(dá)到改善制品加工性、調(diào)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)，使它的補(bǔ)強(qiáng)增韌功能遠(yuǎn)大于目前常用的增韌劑。作為一種補(bǔ)強(qiáng)增韌填料，它可以顯著提高材料的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)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(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)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(yè)中用量最大的納米碳酸鈣品種。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堆積體積小、流動(dòng)性好，用在紙張中，表現(xiàn)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(qiáng)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(qiáng)的表面涂覆功能和遮蓋力，以及良好的分散性能、光學(xué)性能和印刷性，被廣泛用在造紙行業(yè)。特別，當(dāng)片狀納米碳酸鈣用于銅版紙涂布顏料時(shí)，表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性和分散性，具有比普通紡錘體PCC（輕質(zhì)碳酸鈣）更好的光澤度和平滑度，可以代替或部分代替越來(lái)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(jié)

隨著納米碳酸鈣應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，對(duì)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(xiàn)，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(jīng)被制備出來(lái)，但關(guān)于結(jié)晶過(guò)程尚缺乏研究，對(duì)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(cè)試技術(shù)的不斷進(jìn)步以及對(duì)納米碳酸鈣結(jié)晶過(guò)程的不斷深入探索，完善的結(jié)晶理論將會(huì)形成，最終達(dá)到根據(jù)需要去人為的設(shè)計(jì)納米碳酸鈣微觀結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。

作者：李波濤

參考文獻(xiàn)：《聚合物控制碳酸鈣晶型、形貌的研究》，陳銀霞等