[導讀] 相對(dui)于其(qi)它無機(ji)晶須(xu)而(er)言，碳酸鈣(gai)晶須(xu)的原(yuan)料來源豐富，制備工藝相對(dui)簡單，價格低廉由于其(qi)與土壤成分接(jie)近，對(dui)人(ren)體無害(hai)，屬于綠色(se)環保材料且力學性能優(you)異，是(shi)一種良好(hao)的強化增韌(ren)劑，因此性價比較高，在材料發(fa)展日新月異的今(jin)天具有(you)廣闊的市場(chang)和(he)開發(fa)應(ying)用前景。
晶須是什(shen)么？晶須是指(zhi)在人(ren)工控制條件下合成(cheng)的具有一定長徑比（一般大于10）的單晶(jing)纖維(wei)材(cai)料。迄今為(wei)止，已(yi)研究開(kai)發出了(le)數百種晶(jing)須，主要包括(kuo)金屬、碳(tan)酸(suan)化物、氮化物、氯(lv)化物等。
而碳(tan)酸鈣晶(jing)須(xu)以其原(yuan)料(liao)來源廣(guang)泛，價格低(di)廉(lian)，對環境(jing)污染以及人(ren)體(ti)的危(wei)害較(jiao)小，同時在與(yu)塑料(liao)復合(he)時與(yu)基體(ti)樹脂的相容性較(jiao)好，且(qie)也(ye)具有(you)強度高、彈性模量大(da)、耐熱以及耐腐蝕性能好等優良性能，因此可以成為那些生產成本較(jiao)高晶(jing)須(xu)的取代品。
生(sheng)產碳酸鈣晶須(xu)面臨的挑(tiao)戰
相對于(yu)其它無機晶(jing)須而(er)言，碳(tan)酸鈣晶(jing)須的(de)原料(liao)來源豐(feng)富，制備工藝相對簡(jian)單，價(jia)格低廉由于(yu)其與土壤成(cheng)分接(jie)近(jin)，對人體無害，屬于(yu)綠色環保材料(liao)且力(li)學(xue)性(xing)(xing)能優(you)異，是一種良好的(de)強(qiang)化增韌(ren)劑，因此性(xing)(xing)價(jia)比較(jiao)高，在材料(liao)發(fa)展日新月異的(de)今(jin)天(tian)具(ju)有廣(guang)闊的(de)市場和(he)開發(fa)應用前景。
但是不可否認，碳(tan)酸(suan)鈣(gai)(gai)晶(jing)須(xu)還存在問題待解決，這是有志于(yu)生(sheng)產碳(tan)酸(suan)鈣(gai)(gai)晶(jing)須(xu)企業必須(xu)面臨的挑戰。
在碳(tan)酸(suan)鈣晶須(xu)的制備、應用和生長機理上依然有很多的問題有待(dai)解決(jue)，主要(yao)表現在一下(xia)幾個(ge)方面：
1.碳酸(suan)鈣晶(jing)須的純度不(bu)高(gao)。碳酸(suan)鈣主要以方解(jie)石(shi)和文(wen)石(shi)兩種晶(jing)型存(cun)在，在制備熱力亞穩相的文(wen)石(shi)型碳酸(suan)鈣晶(jing)須時，常會(hui)混(hun)雜有部分(fen)方解(jie)石(shi)存(cun)在，尤其是利用回收的氯化鎂溶液制備時，純度降(jiang)低較大；
2.在利用(yong)碳(tan)酸化(hua)法制備碳(tan)酸鈣晶須的(de)過(guo)程中，為(wei)了保持(chi)反應所需的(de)低過(guo)飽和度，常使反應溶液的(de)初始濃度較(jiao)小，碳(tan)酸鈣晶須的(de)產率較(jiao)低，同時所得(de)晶須的(de)長徑比較(jiao)小，整體(ti)均勻性(xing)較(jiao)差；
3.碳酸鈣晶(jing)須(xu)的(de)(de)(de)表面(mian)改性(xing)理(li)論。對(dui)碳酸鈣晶(jing)須(xu)表面(mian)進行(xing)改性(xing)有利于提高晶(jing)須(xu)的(de)(de)(de)性(xing)能以及(ji)與基體的(de)(de)(de)相容性(xing)，因(yin)此被廣(guang)泛的(de)(de)(de)應用(yong)到(dao)各(ge)個領域，但就其(qi)改性(xing)理(li)論和改性(xing)工藝方(fang)面(mian)依然(ran)有很多未解決(jue)的(de)(de)(de)問題。
4.理(li)論(lun)機理(li)不明確(que)。解(jie)釋碳酸鈣晶須(xu)(xu)形成機理(li)時主要是基于軸向(xiang)螺(luo)旋為錯生(sheng)長理(li)論(lun)來分析(xi)的(de)，對(dui)晶須(xu)(xu)直徑方向(xiang)的(de)控(kong)制和生(sheng)長并沒有很好的(de)解(jie)釋而且對(dui)于碳酸鈣晶須(xu)(xu)在液相中的(de)形成和生(sheng)長過程也沒有進(jin)行分析(xi)和解(jie)釋，合成過程存在著(zhu)一定的(de)盲(mang)目性。
碳(tan)酸鈣晶須的制(zhi)備
既(ji)然碳酸鈣晶須有這(zhe)樣那樣的問題，尚待解決。為什么(me)制備碳酸鈣晶須還成為了大熱門？理(li)由很簡單，因為制備碳酸鈣晶須的經濟效益(yi)非常好(hao)，是“碳酸鈣(gai)家族”的“高(gao)富(fu)帥”，比較其他碳酸(suan)鈣(gai)產(chan)品的低價，碳酸(suan)鈣(gai)晶須的附(fu)加值就很高了。
目前，國內外合成(cheng)碳酸鈣晶須較常(chang)用的(de)方法(fa)有(you)可溶性(xing)鈣鹽與碳酸鹽反應制備(bei)法(fa)，碳酸氫鈣水(shui)熱分解法(fa)，尿素水(shui)解法(fa)，Ca（OH）2-CO2氣液(ye)反應合成法(fa)，超重力(li)反應結晶法(fa)。
1.可溶(rong)性鈣鹽與碳酸鹽反應(ying)制備(bei)法
該方法是利用一(yi)定濃度(du)(du)的可(ke)溶(rong)性(xing)鈣鹽(yan)和(he)碳酸(suan)鹽(yan)溶(rong)液混合(he)，通過控制(zhi)反應溫度(du)(du)、攪拌強(qiang)度(du)(du)和(he)滴(di)加速度(du)(du)來制(zhi)備碳酸(suan)鈣晶須。常用的可(ke)溶(rong)性(xing)鈣鹽(yan)為(wei)CaCl2、Ca(NO3)2等，常用(yong)的碳酸鹽溶液為K2CO3、Na2CO3等。
該法的(de)主(zhu)要優點(dian)是反(fan)應可以自發的(de)進行，不需(xu)要添加任何的(de)晶(jing)型(xing)控(kong)制劑(ji)，因(yin)此控(kong)制因(yin)素較(jiao)少，制備相對(dui)(dui)比(bi)較(jiao)簡單，同時所得晶(jing)須(xu)的(de)長徑比(bi)相對(dui)(dui)較(jiao)大(da)，且表面(mian)光潔度較(jiao)好，純度較(jiao)高(gao)。但產量較(jiao)低(di)，反(fan)應時間(jian)較(jiao)長，不適(shi)宜(yi)于工業化生產。
2.碳酸(suan)氫鈣水熱(re)分解法(fa)
該方法是指(zhi)將一定濃度的(de)Ca(HCO3)2溶液加熱到一定溫度分解來制(zhi)備碳酸(suan)鈣晶須，其特(te)點是先要制(zhi)備出Ca(HCO3)2溶液，然后再(zai)通過控(kong)制溶液的加(jia)熱(re)溫度(du)、升(sheng)溫速(su)率和攪(jiao)拌強度(du)等(deng)條件，使(shi)其結晶(jing)以生成(cheng)碳酸鈣晶(jing)須。
該(gai)法的(de)主(zhu)要優點在于所制(zhi)得的(de)晶須較(jiao)長，晶須的(de)純度(du)較(jiao)高，但分布(bu)較(jiao)寬，整體(ti)性(xing)均勻很差，同時(shi)晶須直徑也較(jiao)大，，而且(qie)生(sheng)成量較(jiao)低，控制(zhi)因素也較(jiao)多，反(fan)應步(bu)驟(zou)相對較(jiao)復雜，反(fan)應過程(cheng)難以控制(zhi)，其(qi)反(fan)應需要溫度(du)高，能(neng)(neng)耗較(jiao)大，因此不符(fu)合當(dang)前節能(neng)(neng)環保的(de)需要。
3.尿素水(shui)解(jie)法
該方法是指(zhi)利用尿素(su)水解產生(sheng)的CO2氣體與可溶性鈣(gai)鹽體系反應(ying)來制備碳酸鈣(gai)晶須，主(zhu)要(yao)有Ca(NO3)2-(NH2)2CO體系和(he)CaCl2-(NH2)2CO體系(xi)。
此(ci)法的優(you)點在(zai)于無(wu)須(xu)加入任何的晶(jing)種和結晶(jing)促進劑，且機理(li)簡單，同(tong)時也可以避免(mian)引入雜(za)質，因此(ci)晶(jing)須(xu)的純(chun)度和表面光潔性較(jiao)(jiao)好但其不足之處在(zai)于生產成本(ben)太高，同(tong)時由于反應條件需要恒定的高溫高壓(ya)，能耗較(jiao)(jiao)大(da)，危險性較(jiao)(jiao)高且一般條件下，所(suo)得晶(jing)須(xu)的長徑比相對較(jiao)(jiao)小，而工業上(shang)一般要求晶(jing)須(xu)的長徑比在(zai)20左右(you)，因(yin)此應用相(xiang)對較(jiao)難。
4.Ca(OH)2-CO2氣液反(fan)應合成法
該方法是將碳酸鈣(gai)煅燒分解后的(de)氧化(hua)鈣(gai)，充(chong)分消化(hua)后得到(dao)Ca(OH)2懸浮液，與適(shi)當(dang)濃度的晶型控制劑混(hun)合，通入CO2氣體以制備碳酸鈣晶須。一般所用的晶型控制劑為MgCl2、可溶性磷酸鹽和AlCl3等。
此(ci)法的主要優點在于制備工藝(yi)簡單，過程(cheng)易于控(kong)制，且重復性較好，在不需要加入任何晶種的情(qing)況(kuang)下，即(ji)可制得長徑比在15-20左右的(de)碳酸(suan)鈣晶(jing)須(xu)，適(shi)宜于(yu)大工業(ye)化(hua)生產。但缺點在于(yu)所得碳酸(suan)鈣晶(jing)須(xu)的(de)長(chang)度不大，易混雜(za)有方解石(shi)和氫氧化(hua)鎂等雜(za)質。
5.超重力(li)反應結晶法
此優點(dian)在(zai)于生產成本較低，碳酸化(hua)反應時(shi)間短(duan)，且所得晶(jing)(jing)須的純度較高，長徑比大，不(bu)過晶(jing)(jing)須相對較短(duan)，比其(qi)他方法所得晶(jing)(jing)須低2-4個數(shu)量級(ji)，同(tong)時設備的(de)投資(zi)較大。
寫在最(zui)后
1995年(nian)文石碳(tan)酸鈣晶須的工業化(hua)(hua)生(sheng)產最(zui)早在日本實(shi)現。隨后美(mei)國(guo)和西歐也實(shi)現了(le)碳(tan)酸鈣晶須的工業化(hua)(hua)生(sheng)產。現在，國(guo)內許多學者也都開展了(le)碳(tan)酸鈣晶須工業化(hua)(hua)生(sheng)產的前期研究。
由于碳(tan)酸(suan)鈣(gai)晶須生(sheng)(sheng)產工(gong)藝(yi)與現(xian)有(you)(you)輕質碳(tan)酸(suan)鈣(gai)微粉生(sheng)(sheng)產工(gong)藝(yi)相似，加上(shang)我(wo)(wo)國有(you)(you)大量碳(tan)酸(suan)鈣(gai)生(sheng)(sheng)產企業，如果我(wo)(wo)們(men)利(li)用現(xian)有(you)(you)設備加以改造，必定會(hui)大大提高我(wo)(wo)國碳(tan)酸(suan)鈣(gai)晶須的生(sheng)(sheng)產能力。