3.1.2 碳酸钙晶须的应用

3.1.2 碳酸钙晶须的应用

碳酸钙晶须与传统的粒状碳酸钙具有相同的组分,可应用于一般碳酸钙的所有使用领域。除此之外,碳酸钙晶须还具有无机晶须高强度、高弹性模量等优点,相比纳米碳酸钙,其产能团聚可能性少,可以更有效地发挥增韧、增强作用。目前,碳酸钙晶须主要应用于塑料和建筑材料增强、摩擦材料、造纸、涂料、医药环保等领域。

1)作为高分子复合材料的增强剂

复合材料的增强一般采用合成的无机纤维来提高塑料的弯曲弹性模量、弯曲强度、尺寸稳定性等指标。但是,无机长纤维容易影响塑料的平滑性和美观性,不利于加工各种精密器件,同时其价格也较高;而晶须碳酸钙具有类似短纤维的结构、出色的热稳定性以及低廉的价格,用其增强高分子材料,可将无机晶须的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与高分子材料的韧性相结合,制备出高性能的高分子复合材料。

从国内外文献资料看,对碳酸钙晶须作为增强剂研究较多的材料有PP,其次是尼龙、PBT[2]、PVC等。将碳酸钙晶须表面处理后用于PVC、HDPE[3]等塑料的填料,可以有效地改善填料与基体之间的界面状况,强化界面粘接强度,达到提高塑料拉伸弹性模量、弯曲弹性模量、抗冲击强度的效果,并改善塑料制品热稳定性及表面光滑性,起到稳定目的,从而替代价格昂贵的工程塑料,用于汽车、化工、家电等高附加值领域。

2)摩擦材料领域

碳酸钙晶须耐温性好,且成本低廉,作为汽车制动器衬片等摩擦材料,可显著提高耐磨性,是替代石棉摩擦材料的理想产品。研究表明:碳酸钙晶须可以有效改善聚醚醚酮(PEEK)材料的摩擦磨损性能,晶须填充量在25%~30%时,材料具有最佳的摩擦磨损性价比。20世纪90年代,碳酸钙晶须就已作为摩擦材料应用到汽车刹车片和离合器中,用以防止高温下摩擦材料耐磨性能和摩擦系数的下降。改性的碳酸钙晶须还可进一步提高材料的耐磨性。

3)造纸领域

碳酸钙晶须具有特殊的柱状方向性,作为造纸填料时能够与原纸表面平行而紧密地排列,而且其白度和填充性都很高,与用粒状碳酸钙填充的纸张相比,显示出优越的印刷适应性。尤其是在一些特殊要求的纸张中,更具有应用前景。

文石型碳酸钙晶须较传统方解石型碳酸钙填料有更高的留着率(造纸工业中的术语,一般是指填料在纸页中的留着比例),更小的纸张强度降低率。用碳酸钙晶须可以替代部分木浆(草浆),可减少天然植物纤维的消耗和制浆过程中废水的排放,同时纸张的白度、强度、透气性、韧性等均会明显改善。此外,还可以减少常用的滑石粉、二氧化钛、普通碳酸钙、高岭土之类的填料对纸张的强度、松厚度、黏度等所产生的负面影响。因此,在造纸行业中应用碳酸钙晶须可以带来较好的综合效益。(https://www.daowen.com)

4)涂料领域

将碳酸钙晶须加入硅溶胶、VAE(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)乳液、苯丙乳液等基体中,不仅可以显著提高复合体系的黏度,而且受基体的保护作用,能更好地发挥其优异的力学性能,起到骨架的作用,在硅溶胶、苯丙乳液中可以改善其抗开裂性、附着力、强度等。作为涂料的增黏剂,能显著提高涂料的黏度,增加触变性,提高涂料的抗开裂、附着力、黏结强度等性能。

5)用于提高表面质量

碳酸钙晶须的直径细小,对塑料起着微观增强效果,用其增强的塑料制品,表面光洁度高,可用于精密塑料制品的成型,并广泛应用于汽车、电气部件制造、高光洁度结构部件制造等领域。

6)医药领域

碳酸钙晶须可作为生物活性材料应用于医药领域。例如,日本Takashi Sasaki公司采用碳酸钙晶须为核、交联聚苯乙烯为壳的核/壳结构医用胶,Hiroshi Urayama将碳酸钙晶须作为左旋聚丙交酯降解塑料胶囊的填充剂。

7)建材和环保领域

纤维头部锐利易刺入肺中而引起炎症发展成癌变,纤维状无机填充物历来被认为有致癌的危险。碳酸钙晶须具有强度高、模量高、耐热与隔热性好等优良特性,是一种质优价廉的环保材料。环保型碳酸钙晶须作为填充物时,由于碳酸钙在酸性条件下可分解成为可溶性物质,因此它的粉尘即使被操作人员吸入后,也能在人体内分泌酶的作用下被分解而排出体外,对人体的安全无危害性影响。因此,可以说碳酸钙晶须是一种绿色建筑材料原料。此外,碳酸钙晶须与水泥基材料具有良好的相容性,将碳酸钙晶须这一新型晶体纤维状材料应用于通用水泥中,通过改善复合材料的微观结构、力学性能,可实现增强增韧的目标,显著提高增强体系的综合性能,在不同掺量水平下,碳酸钙晶须掺量对水泥基复合材料力学性能均有比较可观的增强效果。而且,碳酸钙晶须对水泥浆料流动度的劣化影响不显著,明显低于碳纤维。碳酸钙晶须将成为水泥基增强材料的新锐,为纤维混凝土的研究和应用开拓了新的领域。