目前，對(duì)碳酸鈣研究的關(guān)鍵問(wèn)題是如何生產(chǎn)分散性高、形貌均一且粒度較小的輕質(zhì)碳酸鈣。輕質(zhì)碳酸鈣是20 世紀(jì)80 年代起開(kāi)始大量研制的一種新型材料，由于輕質(zhì)碳酸鈣粒子的粒徑較小，使其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化從而產(chǎn)生了大顆粒碳酸鈣所不具備的一些特殊性能。例如，能夠提高橡膠等產(chǎn)品的韌性和拉伸強(qiáng)度、與樹(shù)脂的相容性好等等。但小顆粒的碳酸鈣在生產(chǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，碳酸鈣粒子的團(tuán)聚使其性能受到影響。
碳酸鈣制備過(guò)程受溫度、酸度以及所選用表面改性劑等諸多因素的影響，使得制備出的輕質(zhì)碳酸鈣具有不同的形貌，常見(jiàn)的有立方狀、球形、針狀、鏈狀、紡錘狀等。不同形態(tài)的輕質(zhì)碳酸鈣具有不同的特性，應(yīng)用的領(lǐng)域也各不相同。例如，在合成橡膠中一般使用的是針狀碳酸鈣，針狀碳酸鈣的延伸性，抗張強(qiáng)度、補(bǔ)強(qiáng)性等比普通碳酸鈣有很大提高。在塑料型材中加入立方形的輕質(zhì)碳酸鈣可以提高產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性和剛度，降低成本。造紙行業(yè)中使用的是紡錘形輕質(zhì)碳酸鈣，它能顯著改善紙張質(zhì)量，且對(duì)紙張有較好的補(bǔ)強(qiáng)作用，同時(shí)還增加了紙張的抗磨性能。
目前生產(chǎn)和科學(xué)研究中生產(chǎn)碳酸鈣的方法較多，有碳化法、復(fù)分解法、微乳法等等。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用復(fù)分解法選用氯化鈣和碳酸銨制備輕質(zhì)碳酸鈣，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別選用了陰離子、陽(yáng)離子、非離子表面活性劑中的四種試劑，探究了不同表面活性劑、不同溫度等條件對(duì)碳酸鈣的分散性及形貌的影響。將制備出的碳酸鈣進(jìn)行掃描電鏡、XRD、紅外光譜測(cè)定。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 試劑與儀器
氯化鈣；碳酸銨；鹽酸；十六烷基三甲基溴化銨；四丁基溴化銨；聚乙二醇600；十二烷基磺酸鈉。所有試劑均為分析純。
恒溫磁力攪拌器；酸度計(jì)；pH 電極；JMS－6360LV 型掃描電子顯微鏡(SEM) 。
1.2 實(shí)驗(yàn)步驟
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中選用0.4 mol·L-1氯化鈣溶液作為反應(yīng)液，根據(jù)所稱(chēng)取質(zhì)量的氯化鈣計(jì)算實(shí)際配制溶 液濃度。室溫下，分別按不同的摩爾比( 表面活性劑與氯化鈣的摩爾比分別為0.1∶1、0.01∶1 和
0. 001∶1)將表面活性劑與200 mL 氯化鈣混合攪拌，控制不同的攪拌時(shí)間及不同溫度條件，再加入相應(yīng)濃度計(jì)算量( 按反應(yīng)方程式計(jì)算)的碳酸銨溶液充分進(jìn)行攪拌使其與氯化鈣進(jìn)行反應(yīng)。對(duì)制備出的產(chǎn)品進(jìn)行減壓抽濾，于105℃烘干3h。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 不同表面活性劑對(duì)碳酸鈣形貌及防團(tuán)聚作用的分析
在溫度為20℃，氯化鈣濃度為0.4 mol·L-1 ，碳酸銨溶液滴加速度為20 mL·min-1 ，攪拌速度為高速的條件下考察了不同表面活性劑及其不同加入比例( 表面活性劑與氯化鈣的摩爾比分別為0.1∶1，0.01∶1 和0.001∶1) 情況下對(duì)碳酸鈣分散性及形貌的影響。
取適量制備出的碳酸鈣粉末進(jìn)行透射電鏡分析，篩選出四種分散劑中分散性最好的SEM照片，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，以聚乙二醇600 為表面活性劑制得的為球形碳酸鈣產(chǎn)品，并且分散效果最好，顆粒分布均勻。這是因?yàn)榫垡叶际且环N極性低聚物，它能夠定向吸附于碳酸鈣顆粒的表面，使碳酸鈣表面具有電荷特性并形成吸附層，從而提高碳酸鈣的分散性。以十二烷基苯磺酸鈉制得的產(chǎn)品為球形，但粒子表面不光滑，每個(gè)球狀碳酸鈣粒子表面均由無(wú)數(shù)立方體堆砌而成，分散較均勻。陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨和四丁基溴化銨制得的產(chǎn)品分散性較差存在不同程度的團(tuán)聚，制得的產(chǎn)品形貌不規(guī)則。
分散效果較好的聚乙二醇600，在加入不同比例的情況下所制得的產(chǎn)品電鏡掃描結(jié)果如圖2 所示，由圖2可知，當(dāng)聚乙二醇與氯化鈣摩爾比為0. 01∶1 時(shí)制得的碳酸鈣產(chǎn)品分散相好且形貌均一。摩爾比為0. 001∶1 和0.1∶1 制得的產(chǎn)品為球形碳酸鈣和方解石型碳酸鈣混合體。這是因?yàn)楫?dāng)聚乙二醇600 添加量較小時(shí)，在反應(yīng)初期不能很好的吸附在碳酸鈣的表面，因此部分顆粒會(huì)長(zhǎng)大并形成不規(guī)則的形狀。隨著添加量增加聚乙二醇對(duì)碳酸鈣的分散作用增強(qiáng)，但是晶型控制劑的量存在一個(gè)極限值，如果添加量過(guò)大，溶液濃度過(guò)高晶體的形貌就會(huì)變得趨于不規(guī)則。
2.2 Ca2+濃度對(duì)碳酸鈣分散性及形貌的影響
當(dāng)溫度為20 ℃，氯化鈣濃度為0.4 mol·L-1 ，碳酸銨溶液滴加速度為20 mL·min-1 ，攪拌速度為高速的條件，聚乙二醇與氯化鈣摩爾比為0. 01∶1 的情況下，考察了Ca2+ 濃度對(duì)碳酸鈣分散性及形貌的影響。當(dāng)鈣離子濃度由0.1 mol·L-1 增加至0.4 mol·L-1 ，碳酸鈣晶體分散性逐漸增強(qiáng)，形貌趨于規(guī)則。
而氯化鈣濃度過(guò)高時(shí)碳酸鈣團(tuán)聚明顯。因此本試驗(yàn)確定氯化鈣濃度為0.4 mol·L-1。
2.3 不同反應(yīng)溫度對(duì)碳酸鈣分散性及形貌的影響
當(dāng)氯化鈣濃度為0.4 mol·L-1，碳酸銨溶液滴加速度為20 mL·min-1，攪拌速度為高速，聚乙二醇與氯化鈣摩爾比為0.01∶1 的條件下，考察了反應(yīng)溫度分別為10 ℃，20 ℃，50 ℃ 條件下對(duì)碳酸鈣分散性及形貌的影響。電鏡掃描結(jié)果見(jiàn)圖3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明20 ℃條件下制得的碳酸鈣分散效果最理想。這是因?yàn)榉磻?yīng)溫度升高使得碳酸鈣晶體的成核速率加快，晶體快速生長(zhǎng)，極易聚集形成大顆粒晶體。溫度過(guò)低不利于形成形貌均一的碳酸鈣產(chǎn)品。因此，本實(shí)驗(yàn)確定最佳反應(yīng)溫度為20 ℃。
當(dāng)溫度為20 ℃，氯化鈣濃度為0.4 mol·L-1 ，碳酸銨溶液滴加速度為20 mL·min-1 ，攪拌速度為高速的條件，聚乙二醇與氯化鈣摩爾比為0. 01∶1 的情況下，考察了Ca2+ 濃度對(duì)碳酸鈣分散性及形貌的影響。當(dāng)鈣離子濃度由0.1 mol·L-1 增加至0.4 mol·L-1 ，碳酸鈣晶體分散性逐漸增強(qiáng)，形貌趨于規(guī)則。
而氯化鈣濃度過(guò)高時(shí)碳酸鈣團(tuán)聚明顯。因此本試驗(yàn)確定氯化鈣濃度為0.4 mol·L-1。
2.3 不同反應(yīng)溫度對(duì)碳酸鈣分散性及形貌的影響
當(dāng)氯化鈣濃度為0.4 mol·L-1，碳酸銨溶液滴加速度為20 mL·min-1，攪拌速度為高速，聚乙二醇與氯化鈣摩爾比為0.01∶1 的條件下，考察了反應(yīng)溫度分別為10 ℃，20 ℃，50 ℃ 條件下對(duì)碳酸鈣分散性及形貌的影響。電鏡掃描結(jié)果見(jiàn)圖3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明20 ℃條件下制得的碳酸鈣分散效果最理想。這是因?yàn)榉磻?yīng)溫度升高使得碳酸鈣晶體的成核速率加快，晶體快速生長(zhǎng)，極易聚集形成大顆粒晶體。溫度過(guò)低不利于形成形貌均一的碳酸鈣產(chǎn)品。因此，本實(shí)驗(yàn)確定最佳反應(yīng)溫度為20 ℃。
3 結(jié)論
(1) 聚乙二醇600 對(duì)碳酸鈣有很好的防團(tuán)聚作用，制得的產(chǎn)品為形貌均一的球形碳酸鈣。
(2) 以聚乙二醇600 為表面活性劑的最佳反應(yīng)溫度為20℃，氯化鈣的最佳濃度為0.4 mol·L-1。
(3) 通過(guò)正交試驗(yàn)選出以聚乙二醇600 為表面活性劑且聚乙二醇600 與氯化鈣溶液的摩爾比為0.01：1條件下制得的碳酸鈣無(wú)混合型產(chǎn)品，形貌均一。
來(lái)源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)
(1) 聚乙二醇600 對(duì)碳酸鈣有很好的防團(tuán)聚作用，制得的產(chǎn)品為形貌均一的球形碳酸鈣。
(2) 以聚乙二醇600 為表面活性劑的最佳反應(yīng)溫度為20℃，氯化鈣的最佳濃度為0.4 mol·L-1。
(3) 通過(guò)正交試驗(yàn)選出以聚乙二醇600 為表面活性劑且聚乙二醇600 與氯化鈣溶液的摩爾比為0.01：1條件下制得的碳酸鈣無(wú)混合型產(chǎn)品，形貌均一。
來(lái)源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)
