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納米碳酸鈣范文1
納米碳酸鈣是上世紀八十年展起來的新型固體材料，選料為非金屬礦石灰石，采用沉淀法合成納米粉末體的技術來制備納米材料。隨著納米技術的快速發展，碳酸鈣逐步實現了表面改性、結構復雜化以及超細化的發展，應用價值越來越高，在熔點、催化劑、光熱組和磁性等方面的優越性日益增強。可以說，納米碳酸鈣產品的應用空間與發展潛力將會越來越大。
一、納米碳酸鈣的化學制備方法
（一）凝膠法
凝膠法主要是以凝膠的一端或兩端為依據，讓Ca2+和CO32-加以擴散，這樣凝膠內部可以生成結晶核，在其位置不變的前提下，能夠對晶核的生長與生成進行連續觀察，適應于晶體過程的研究。當然對不同的條件加以控制，如添加劑的濃度與種類、pH值、Ca2+和CO32-的濃度、凝膠濃度等，可以得到球霞石型或文石型的碳酸鈣。
（二）乳液法
乳液法可以劃分為乳狀液膜法與微乳液法，其中利用前者來制備納米CaCO3時，膜溶劑需選用煤油，讓司本-80（Span-80）座位流動載體與表面活性劑，這樣可以配成水相與油相不相溶的液體混合物，利用電動攪拌器加以攪拌后，這時油相中會分散有微液滴形式Na2CO3水溶液，形成乳液后與Ca（OH）2溶液進行混合攪拌，Ca2+會進入微液滴加以反應，從而生成CaCO3超細顆粒。后者則是在兩份完全相同的微乳液中溶入可溶性鈣鹽與可溶性碳酸鹽，在特定情況下混合反應之后，需要對小區域內的晶粒生長與成核進行控制，然后將溶劑與晶粒進行分離，從而得到納米碳酸鈣的顆粒。一般來說，微乳液是由水、油、助表面活性劑、表面活性劑組成的熱力學穩定體系。
（三）復分解法
復分解法主要是在一定的工藝情況下，將水溶性碳酸鹽與水溶性鈣鹽進行固-液相反應，制備出納米碳酸鈣產品，以此控制生成碳酸鈣的過飽和度以及反應物的溫度與濃度，適當加熱添加劑則能夠獲得無定性碳酸鈣。如利用此方法制備納米碳酸鈣時，選用碳酸銨與氯化鈣作為原料，其化學反應式為：（NH4）2CO3+CaCl2=2NH4Cl+CaCO3，這樣可以制備出高白度與高純度的納米碳酸鈣產品。但是由于碳酸鈣中氯離子無法除盡吸附，而在實際生產中采用的傾析法需消耗大量洗滌用水與時間，因此使用范圍狹小。
（四）碳化法
采用碳化法碇票改擅滋妓岣剖保需要精心選擇石灰石，并對其加以煅燒來獲得窯氣與氧氣；然后消化氧化鈣來生成懸浮氫氧化鈣，利用高剪切力作用對其進行粉碎，借助多級旋液來分離與去除雜質及顆粒，獲得精制氫氧化鈣懸浮液；適當加入晶型控制劑與CO2氣體，得到晶型碳酸鈣漿液，在此基礎上通過表面處理、干燥與脫水等手段獲取納米碳酸鈣。該方法可分為連續噴霧碳化法與間歇攪拌式碳化法，前者制備的納米碳酸鈣產品具有粒度均勻和細小等特點，平均粒徑多為30nm～40nm，微粒晶型可調控，投資與能耗相對較小，產品質量穩定，生產能力大。而后者的攪拌氣液具有較大的接觸面積，因此產品的粒徑分布較為狹窄，反應相對均勻，但是其需要較大的設備投資，操作十分復雜?？偠灾?，碳化法制備的納米碳酸鈣產品高，具有良好的性價比，在國內外的工業生產中應用較為廣泛。
二、納米碳酸鈣的應用
對于納米碳酸鈣而言，其作為一種優質的填料，具有粒子形狀可控、成本低、化學性質穩定、易于著色和色白質純等優勢，在橡膠和涂料等工業生產中得到了廣泛的應用。首先，涂料工業。納米碳酸鈣多用于水性涂料，以此提高其光澤度、硬度和柔韌性，能夠有效防止沉降情況的發生；同時借助其存在的“藍移”現象，在膠乳中適當添加納米碳酸鈣，可以使涂料形成屏蔽作用，達到防熱老化和抗紫外老化的目的。其次，塑料工業。在塑料中應用納米碳酸鈣時，可以改進塑料的散光性與加工性能，提高耐熱性與塑料尺寸的剛性、硬度、穩定性，減少產品的成本，促進塑料體積的增加。由于納米碳酸鈣具有較小的粒徑，可以在塑料的空隙與氣泡中適當填充納米碳酸鈣，確保塑料的均勻性。在聚乙烯中添加納米碳酸鈣，可以在一定程度上增加韌性，因此其在聚丙烯和聚氯乙烯塑料等聚合物中的應用較廣。最后，橡膠工業。橡膠中應用納米碳酸鈣，不僅可以具備良好的空間立體結構與分散特性，促進材料補強作用的提升，還可以降低橡膠原料的使用，減少成本，增加制品的體積；同時將其與陶土等填料相互配合使用，能夠提高制品的抗張強度與伸性，增強產品質量。硬脂酸及其鹽類在增加鈣離子與橡膠的表面濕潤度、納米碳酸鈣的表面改性等方面發揮著重要的作用。
三、結束語
納米碳酸鈣作為一種新的固體材料，具有優異的性能，將其應用于涂料、塑料和橡膠等領域，將會為工業化生產帶來更大的經濟效益與生產價值，具有良好的發展前途。隨著社會的發展與科技的進步，對納米碳酸鈣功能化與專用化的要求越來越高，需要完善各種制備方法，采用低廉高效的制備方法，制備高品質與高純度的納米碳酸鈣產品，以此滿足不同制品的需求。我們相信，在納米碳酸鈣結晶過程研究不斷深入以及制備手段進步的背景下，將會形成完善的結晶理論，實現結合需求來人為設計納米碳酸鈣微觀結構的目的。
參考文獻：
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納米碳酸鈣范文2
論文摘要：本文探討了我國無機填料的生產與應用現狀，闡述了我國無機填料工業存在的問題，提出了“提高行業產品品質、增加產品附加值以振興無機填料工業”的新思路。本文還通過不同材料提升品質前后對復合材料物理性能的變化的實例，論述無機填料品質提升的重要性與可行性。本文最后論述了我國無機填料工業趕超國外先進技術的必須經過的“研、產、用三結合”的途徑與方法。
隨著橡膠應用領域的擴展，無機填料在橡膠工業中的地位越來越突出。特別是隨著現代材料改性技術的發展，很多無機材料被賦予了獨特的物理與化學性能，如耐磨性、導電性、導熱性、阻燃性、耐腐蝕性、氣密性等等。
橡膠工業對被用做填料的礦物無機材料有一定的要求，如顆粒大小，形狀和表面性質等。符合這些要求的材料，才能在橡膠工業中發揮應有的作用。
按目前的技術，橡膠中應用的無機填料要求達到如下要求：
1.
化學活性不高和橡膠不起化學作用；
2.
不影響硫化膠化學性能，即耐侯性、耐酸性、耐堿性和耐水性；
3.
不明顯降低硫化膠的力學性能；
4.
在橡膠中易混入，易分散，可大量填充；
5.
價廉易得；
6.
粒徑細小，一般要求達到150nm以下；
7.
粒子表面能被橡膠分子濕潤，（這一點可以通過對無機填料的表面改性而得到更好體現）。
目前，在橡膠工業中應用的無機填料，按成份可分為四大類：
1、硅酸鹽礦物填料（滑石、高嶺土、長石、硅灰石、云母、膨潤土、石棉）；
2、碳酸鹽填料（石灰石、方解石、白堊、菱鎂礦）；
3、硫酸鹽礦物填料（重晶石、石膏）；
4、氧化礦物填料（石英、粉石英、硅藻土和金紅石）。
高性能的橡膠制品，對礦物無機填料提出了更高的要求。礦物填料僅通過粉碎研磨分級已不能滿足使用要求，必須通過表面處理、活化改性等方法，使其提高品級檔次，以適應日愈發展的高性能橡膠制品的性能要求。因此，只有作為使用部門的橡膠工業和無機填料生產部門之間的密切合作，才能加快這一適應過程，促進雙方共同發展。
一．橡膠工業中無機填料的應用現狀
盡管無機填料的品種很多，但真正在橡膠工業中廣泛使用的主要也就二種：硅酸鹽類與碳酸鈣類。（白炭黑雖然也屬于無機填料，但它作為與炭黑一起的二大橡膠補強劑之一，已屬于一個單獨的行業，且該行業不乏強大的資金與技術支持，因此，本文不再對其進行論述）。
硅酸鹽類：主要有陶土、滑石粉、云母粉、石棉粉。
陶土：包括高嶺土、瓷土、白土、皂土或純凈黏土。是橡膠工業用量最大的礦物填料，用量約占礦物填料總量的59%。其主要成分為氧化鋁和氧化硅的結晶化合物。按其粒徑大小，陶土可分為：硬質陶土、軟質陶土、高級陶土。
硬質陶土：粒徑≤2um的占80%以上，≥5um的占4-8%，比表面為22-26m2/g，在橡膠中有半補強作用，能改善硫化膠的力學性能，是目前在橡膠中用量最大的品種。
軟質陶土：粒徑≤2um的占50-74%，≥5um 占8-30%，比表面為9-17 m2/g，在橡膠中無補強作用，硫化膠力學性能差。
高級陶土：粒徑≤1um，含少量有機物，微量吸濕性。
在橡膠中加入陶土對膠料性能有一些負面的影響： 如隨著用量增加，硬質陶土可使膠料可塑性下降較大的幅度，軟質陶土使膠料可塑性下降較大的幅度略小一點。但兩者都能減小收縮率，使表面光滑。 隨著用量增加，扯斷強度、耐磨性、定伸強力均有不同程度的提高，用量為20份最好。伸長率則隨用量增加而下降。由于陶土屬異軸結晶系，各向異性，耐撕裂性能較差，但用于丁基橡膠卻能改善其耐撕裂性能。硬質陶土比軟質陶土耐撕裂性能好。 由于硬質陶土粒徑比軟質陶土小，其膠料生熱比軟質陶土高，膠料的回彈性軟質陶土高于硬質陶土，永久變形硬質陶土膠料比軟質陶土膠料小， 龜裂增長速度硬質陶土膠料比軟質陶土膠料慢。
滑石粉：由天然滑石經干法、濕法粉碎或高溫煅燒而得，是六方或菱形結晶顆粒，粒徑為1.3-149um。其化學組成為水合硅酸鎂。用做橡膠填充劑、增容劑、隔離劑及表面處理劑。
硅灰石粉：由天然硅灰石經選礦、粉碎制得，粒徑為3.5-75um。其化學成分為偏硅酸鈣。用做橡膠填充劑和白色顏料。
云母粉：由天然云母礦石經干法、濕法研磨制得其化學成分為硅酸鉀鹽。用做橡膠填充增量劑。絹云母有補強效能，可替代部分半補強碳黑使用，還可用做隔離劑。由于它屬單斜晶系，其結晶呈薄片狀，能提高橡膠的阻尼性能。它有良好的耐熱、耐酸性能和電絕緣性能，還有防護紫外線和放射性輻射的功能，可用于特種橡膠制品。
石棉：由天然石棉礦加工制成，其化學組成為含鎂、鐵、鈉的硅酸鹽，呈纖維狀結晶。它對橡膠有補強作用。突出的優點是隔音、隔熱、耐酸、耐堿和絕緣，也可用做隔離劑。
長石粉：由天然花崗巖經浮選，除去二氧化硅、云母后再經研磨制得。其化學成分是無水硅酸鋁，隨其鈉、鉀、鈣氧化物含量不同分別有鈉長石、鉀長石、和鈣長石，用于膠乳不破壞皂液性質，能防止附聚作用。亦可用做丁苯橡膠和聚氨脂橡膠的填充劑。
煤矸石粉：由天然煤矸石經研磨而得。其化學組成類似高嶺土，即為氧化硅和氧化鎂的混合物，唯揮發成分高達27%。有半補強效能，俗稱硅鋁碳黑。易混入橡膠，分散性好，可替代部分碳黑做補強劑使用。
海泡石粉：由天然硅酸鎂黏土礦經精選、深加工制得。其化學組成分為氧化硅和氧化鎂的水合物，含少量鋁和鐵氧化物。在淺色橡膠制品中用做補強劑，性能僅次于白碳黑。
凹凸棒土粉：由蒙脫石等硅酸鋁鎂類礦物精選加工制得。其化學成分為硅、鋁氧化物，含少量鐵、鈣、錳氧化物。白色纖維狀結晶，表面有凹凸溝槽，故得此名。是半補強類型填充劑，能使壓出壓延膠料表面光滑。
碳酸鈣類：主要有重質碳酸鈣與輕質碳酸鈣，是橡膠工業中用量僅次于陶土的礦物材料，其用量約占無機礦物填料總量的27%。
重質碳酸鈣：又稱重鈣粉，是由天然大理石、石灰石、白堊、方解石、白云石或牡蠣、貝殼等經粉碎、風選到一定細度制得。按粒徑大小重鈣粉可分為不同的品種，如三飛粉、四飛粉等。 重質碳酸鈣粒徑一般在10um左右。用于橡膠主要起填充增容作用，無補強效能。
輕質碳酸鈣：又稱輕鈣。粒徑在0.5-6um之間，經化學沉淀法制得，有微弱的補強效果。輕質碳酸鈣按其粒徑大小分為普通輕鈣、超細碳酸鈣、納米鈣，超細碳酸鈣、納米鈣粒徑在0.01-0.1um之間，有較好的補強效果。
二．我國無機填料品種和產業存在的不足
我國目前的無機填料生產企業多是由原先規模較小的鄉鎮企業轉化而來的民營企業，因此，大多存在規模小、技術弱、創新慢、層次低的通病，而這些不足帶來的另一個通病是品種單一，技術含量低，致產品的附加值低。目前在橡膠企業中使用最多的水洗硬質陶土的價格基本上在600元/噸以下。產品的低附加值，致企業無力在產品的技改上加大投入，也缺乏引入高素質人才的熱情，使陶土生產企業始終在低水平層次上苦熬日子。而同樣的水洗陶土產品，在國外，由于進行了特殊的生產工藝及后續加工，陶土的價格超過3000元/噸，特殊的產品如用作橡膠膠片隔離劑的預處理陶土，售價甚至超過6000元/噸。
反觀國內的陶土生產企業，除了行業惡性競爭帶來的低附加值、低技術含量，更有假冒、劣質產品充斥市場，更劣化了行業的生存環境。筆者曾在一家有一定規模的民營企業，發現填充了大量砂子的劣質陶土。這些假冒、劣質陶土，不僅損害行業產品信譽，更毒化行業產品的應用市場。
碳酸鈣行業的處境比陶土生產企業略為好一點，但陶土行業存在的“二個通病”同樣存在。之所以目前的碳酸鈣行業的處境比陶土生產企業強一點，是因為碳酸鈣行業還能吃到原先行業中有較高比例的國有企業的甜頭，如原先的上海碳酸鈣廠、浙江菱湖輕鈣廠、黃石碳酸鈣廠等一批國有企業，由于技術力量較強，加上行業技術交流多，使碳酸鈣行業的技術與國際先進水平的差距在10年以內，典型的例子如日本在70年代中期開發出準納米輕鈣——白艷華-C與白艷華-U產品，上海碳酸鈣廠在80年代初也開始生產同類產品“活性輕鈣”與“超微細輕質碳酸鈣”。但是，隨著國有企業的倒閉與轉制，行業技術缺乏新鮮血液的補充，行業技術交流名存實亡，我國碳酸鈣行業與國外企業特別是與日本的碳酸鈣企業的差距迅速拉大，以納米碳酸鈣為例，在日本，納米碳酸鈣在輕產品中的比例已超過70%，而國內的比例還不到5%，而且占有相當比例的國產的納米鈣的品質存在不足，不能與進口產品比較，以致，我國雖然已是輕鈣的產量大國，但高端的輕鈣產品還是靠進口。
如果我國無機填料生產企業不改變目前的生產與經營模式，繼續吝嗇資金與技術的投入，繼續在低附加值的原始產品上惡性競爭，恐怕永遠不會擺脫度日如年的處境。
三．無機填料品質提升途徑
無機填料行業只有提升品質、提高產品的附加值，同時，加大科研投入，并與填料的使用部門與科研院所密切合作，開發適銷對路的高端產品，才能迎來行業的春天。
在硅酸鹽產品品質提升方面，目前國內已有不少新產品的報道，如插層改性納米蒙脫土、納米陶土、活性陶土、水溶性陶土等，但大部分的新產品與新技術還深藏在科研院所的閨閣中，不知是科研院所不愿意“拋繡球”還是填料生產企業不愿意接“繡球”，總之，我國在無機填料改性方面的成果很多，但形成生產線的很少。分析其中的原因，不外乎二方面原因：一是新產品或新技術還處于實驗室階段，科研人員未具備進行中試或生產應用的條件與經驗，也可能是科研人員缺乏進一步試驗的資金或行業支持；二是行業經營者對新產品與新技術的市場前景缺乏信心，也可能是行業的經營者與技術成果的持有者缺失相互溝通的渠道。
最近筆者聽到一個令人高興的消息，由上海琪祥化工與中國礦大合作開發的改性納米陶土已進入輪胎橡膠領域，僅一個年產150萬套輪胎的輪胎廠該產品月用量已超過100噸。該產品的特點是利用納米陶土本身的層狀結構氣密性好的特點，進行插層改性后以提高橡膠復合材料的物性。筆者也對該納米材料進行了用于全鋼載重子午胎氣密層膠中的試驗，的確有在保持物性的前提下能降低成本、提高橡膠氣密性的作用。如下是筆者的試驗結果：
表一 納米陶土粉對子午胎氣密層膠物理性能的影響
T-1#
T-2#
T-3#
T-4#
N660炭黑
60
55
55
55
納米陶土粉1＃
10
納米陶土粉2＃
10
20
硫化膠物性
150℃×30min
硬度（邵爾A）
55
56
55
57
300%定伸應力MPa
4.8
4.7
4.4
4.4
拉伸強度 MPa
11.1
10.7
10.9
10.3
扯斷伸長率 %
658
673
701
684
永久變形 %
25
30
30
37
撕裂強度kN/m
34
34
34
34
密度
1.13
1.16
1.16
1.19
110℃×24h老化后性能
硬度（邵爾A）
63
62
62
65
300%定伸應力MPa
6.0
5.9
5.3
6.0
拉伸強度 MPa
9.8
10.3
9.9
10.1
扯斷伸長率 %
537
589
586
567
永久變形 %
21
25
25
26
老化性能變化率%
-28
-16
-24
-19
混煉膠硫化特性
ML
1.41
1.33
1.28
1.34
MH
6.75
6.95
6.59
6.87
TS2 min
6.07
5.48
6.14
5.7
T90 min
23.22
23.26
23.71
24.25
基本配方：NR，20；BIIR，80；硫磺與促進劑，2；ZnO，3.5；硬脂酸，1.5；碳黑，60；其它，22；填料，變量。
從上述表中可以看到，增用了20份的2#納米陶土粉，氣密層膠的物理機械性能與工藝性能變化很小，完全達到全鋼載重子午胎氣密層膠的要求，有意義的是，增用了20份納米陶土粉的氣密層膠料老化后性能提高了32%，氣密性還略有提高，如將填充的納米陶土粉換成炭黑或其它填料，則氣密層膠的氣密性大大降低，這會影響輪胎的使用壽命。
硅酸鹽無機填料，同白炭黑一樣，因其較強的親水性，粒子表面能大，在生產過程中，粒子與粒子之間易二次結聚形成更大粒徑的粒子，影響其補強性能，同時，填料填充到橡膠中后，填充粒子之間極易形成填料網絡，即所謂的“佩恩效應”，從而影響復合材料的綜合性能，因此，應對填料進行表面改性，以提高填料粒徑的均一性，同時，降低“佩恩效應”。
目前，國內外對無機填料改性關注力度最大的莫過于對蒙脫土的插層改性，幾乎國內所有綜合性大學的材料學院都有研究人員對其進行專門研究，而中國礦大與北京化工大學似乎還走在了前面，前面提到的強微粉正是礦大的技術成果。
對硅酸鹽無機填料的品質提升有二條途徑：一是對其納米化，并用有機材料對其表面改性后再造粒，以防止納米粒子的二次結聚，同時減少填料使用單位的粉塵污染；二是利用填料本身的結構特點，挖掘其優點，改良其不足。如前述的蒙脫土，其填料最小粒子結構是片層結構，在垂直片層的方向上，有很高的氣體通過阻礙性，如能用高聚物對其片層結構進行插層改性，則既利用了其本身的優點又極大地提高了其補強性能，使其利用價值得到質的提升，這也是國內外對其研究熱情奇高的原因。
下列表二、表三、表四為納米高嶺土的物理性能與在不同膠種中應用后的性能，讀者可以一窺其性能優勢：
表二 納米高嶺土理化指標
物
理
性
能
SiO2
49.12
片層平均直徑(Average diameter of flakes)
300-500nm
Al2O3
41.34
片層平均厚度(Average thickness of flakes)
20-50nm
Fe2O3
0.831
比表面積(Surface area)
32m2/g
MgO
0.0903
白度(Brightness)
75%-90%
CaO
0.167
pH值
7.0-8.0
Na2O
0.593
吸油值(Oil absorption)
45±5ml/100g
K2O
0.165
遮蓋力(Hidden ability)
0.925
SO3
0.244
水分(water content)
≤1.0%
TiO2
1.26
325目篩余量(325 mesh residue)
≤0.02%
P2O5
0.421
密度（Density）
2.55g/cm3
MnO
0.0016
燒失量（≤）
0.16
表三 不同橡膠中的實驗配方
白炭黑/
納米高嶺土
白炭黑/
納米高嶺土
白炭黑/
納米高嶺土
表四 納米高嶺土在各種橡膠中應用性能對比
丁苯橡膠（SBR）
邵爾硬度(Hardness)
76
54
扯斷伸長率/%（EB）
740.0
746.4
拉伸強度/MPa(TS)
17.62
16.53
300%定伸強度/MPa(SE)
4.23
3.86
500%定伸強度/MPa(SE)
8.45
6.25
撕裂強度/KN/m(TRS)
46.87
39.25
彈性/%(El)
41
50
納米高嶺土在順丁橡膠、三元乙丙橡膠和天然橡膠中的補強實驗結果說明，納米高嶺土在拉伸強度和定伸強度方面均優于白炭黑，特別是在天然橡膠中，納米高嶺土的拉伸強度比白炭黑高約10MPa。在扯斷伸長率和彈性方面，納米高嶺土也均優于白炭黑。在撕裂強度方面，在順丁橡膠和三元乙丙橡膠中白炭黑優于納米高嶺土，但在天然橡膠中納米高嶺土優于白炭黑。
從上述結果我們可以看到，無機填料高嶺土通過品質提升，其性能可以與白炭黑PK，筆者認為，這是無機填料通過品質提升提高其產品附加值的核心所在。
碳酸鈣產品的質量提升的難度略小于硅酸鹽產品，因為碳酸鈣生產基本上為工廠化作業，特別是沉淀法輕質碳酸鈣生產，改性與否對其生產成本增加不是很大，產品改性的成本增加主要是改性材料本身的材料成本與附加設備的投資。
但是有二個奇怪現象，一是雖然輕鈣產品改性成本比較小，但行業內對產品品質提升的熱情似乎不高，據不完全統計，我國08年碳酸鈣生產企業達270余家，輕質碳酸鈣生產能力超過280萬噸/年，附加值相對較高的納米鈣不到10萬噸/年，納米鈣占總輕鈣產量的比例不到5%，而同期，納米碳酸鈣在日本企業的比例則超過70%。二是性能優異的納米鈣的使用比例在國內不是很高，（歐美等發達國家的納米鈣消費量占全部輕鈣產品的60%以上），按08年國內橡膠與塑料消耗量計算，08年消耗的輕鈣總量應在300萬噸以上，如橡膠制品與塑料制品使用高檔輕鈣的比例按30%計算，則納米鈣的用量應在90萬噸以上，而實際用量（包括進口）還不足25萬噸。為什么會造成上述的二個奇怪現象呢？根據筆者對輕鈣行業的了解，認為主要有三方面原因：
1.缺少技術支持，得不到國家的科技扶持，企業科技創新的基礎十分薄弱。因為目前的碳酸鈣生產企業基本上為民營企業，生產企業的技術人員相對而言技術與文化層次比較低，而且，技術人員為了保住自己的技術地位，對技術與經驗十分保守，即便是同一企業內的技術人員，相互之間也不愿意交流技術經驗與心得，因此，企業的技術人員對新技術與新產品的信息的掌握十分有限，企業科技創新的基礎十分薄弱，企業新產品的開發基本上靠老板定，老板本人掌握的科技知識決定了該企業產品的技術含量。
2.新技術、新產品的研發、生產、應用三大塊的技術人員不能在利益與目的上串成一根繩，至研發人員不知道要開發什么新產品、要研發什么新技術；生產人員不知道應生產什么適銷對路的新產品、不清楚能使用什么既能節省成本又能提高產品質量的新技術，更不了解自己生產的產品對使用該產品的行業有什么不足與技術瓶頸；而產品的應用人員也提不出對輕鈣產品進行何種技術改造而能使自己的制品達到提質降耗的目的。三方人員各顧各，缺少技術與信息的互通，使得我國輕鈣行業的技術始終落后于國外同行。
3.企業主的質量意識和管理水平還未達到一定的層次。據筆者從事橡膠配方設計與材料改性工作的經驗，國內生產的輕鈣產品極大部分在品質方面不如日本產的質量好，特別是納米鈣與活性碳酸鈣，質量的均一性與日本產品比較存在一個質量上的檔次。國產納米鈣與活性碳酸鈣的性價比不高，這可能也是目前我國輕鈣產品中納米鈣所占比例不高，而進口產品雖然價格昂貴但進口數量還是不斷上升的原因。
前面提到，我國碳酸鈣產品的質量提升的難度要小于硅酸鹽產品，這是因為，在國內，能提供技術支持的部門比較多，如中科院、北京化工大學、天津大學、華東理工大學、華南理工大學等多所大學與研究院能提供技術服務。
對碳酸鈣的品質提升，目前主要有產品的納米化與產品的功能化改性二種途徑。
納米碳酸鈣與普通輕鈣的價格差距是十分明顯的，現在國內普通輕鈣的價格在800元/噸以下，而納米鈣的價格則在1600元/噸以上。但國產納米鈣在粒徑分布的均一性上存在不足，有相當比例的粒徑超過120nm，而這些粒徑超過100nm的粒子是造成橡膠制品早期損壞的原因之一，可以說，因為有了這些大粒徑的粒子，盡管比例很低，但從理論上說，已不是納米材料的范疇。這也是國產納米鈣性價比不高的原因。
碳酸鈣產品的功能化改性是指對碳酸鈣顆粒的表面進行化學與物理改性，以達到某種功能化的目的。
到目前為止，見諸報端的功能化改性工作有：1）碳酸鈣顆粒的表面包覆氧化鋅與氧化鈦，以部分代替高價的氧化鋅與鈦白粉；碳酸鈣顆粒的表面包覆氧化鋅與氧化鈦后，其售價可達4000元/噸以上。2）碳酸鈣顆粒的表面包覆SiO2，以部分代替白炭黑及補充白炭黑在某些方面的性能的不足；碳酸鈣顆粒的表面包覆金屬，以提高橡膠制品的某些特殊性能。碳酸鈣顆粒的表面包覆SiO2后，其售價可達2000元/噸以上。碳酸鈣顆粒的表面包覆金屬后，其售價可達3000元/噸以上。下面挑選筆者自己從實驗室改性的二種碳酸鈣改性材料的物性數據，以幫助讀者對材料功能化改性的了解。
1. 碳酸鈣顆粒的表面包覆SiO2前后物理性能的變化：
表五：碳酸鈣顆粒的表面包覆SiO2前后在SBR1502基方中的性能變化
未改性輕鈣的基方
表面包覆SiO2的輕鈣基方
硫化膠物性
143℃×30min
硬度（邵爾A）
53
53
300%定伸應力MPa
1.8
2.0
拉伸強度 MPa
2.1
3.0
扯斷伸長率 %
387
484
永久變形 %
10
11
撕裂強度kN/m
15
18
密度
1.18
1.17
110℃×24h老化后性能
硬度（邵爾A）
58
59
300%定伸應力MPa
--
2.5
拉伸強度 MPa
2.2
2.8
扯斷伸長率 %
266
335
永久變形 %
7
4
老化性能變化率%
-28
-35
混煉膠工藝特性143℃
ML
1.24
1.4
MH
11.82
11.77
TS2 min
20.68
20.57
T90 min
36.36
37.54
基方：SBR1502，100；氧化鋅，4；硬脂酸，2；硫磺，2；促進劑NS，1.5；填料，40。
從表五中可以看到，普通輕鈣經表面包覆SiO2后，其基方硫化膠的300%定伸應力、拉伸強度、扯斷伸長率、撕裂強度等性能都得到提高，而混煉膠的工藝性能基本未變化，可見，如要擴大輕質碳酸鈣在橡膠領域中應用面，對其粒子表面進行SiO2包覆改性是一個不錯的提升品質的新路子。
2. 碳酸鈣顆粒的表面包覆金屬對其物理性能的變化：
表六 載重輪胎胎側配方中增用金屬改性輕鈣后其物性變化
1#
2#
3#
4＃
無輕鈣
普通輕鈣
10
改性輕鈣粉
10
銅粉
10
硫化膠物性
143℃×45min
硬度（邵爾A）
62
65
66
62
300%定伸應力MPa
7.3
7.2
9.1
7.2
拉伸強度 MPa
15.0
13.8
15.0
13.8
扯斷伸長率 %
533
456
441
514
永久變形 %
20
20
19
22
扯裂強度 kN/m
65
64
69
65
密度
1.14
1.18
1.18
1.21
110℃×24h老化后性能
硬度（邵爾A）
65
70
68
70
300%定伸應力MPa
8.6
8.5
9.7
10.2
拉伸強度 MPa
12.6
11
11.9
11.3
扯斷伸長率 %
428
378
368
317
永久變形 %
20
17
18
9
老化性能變化率%
-33
-34
-34
-49
混煉膠硫化特性
143℃
ML
1.84
2.19
1.7
1.5
MH
13
14.59
15.53
11.97
TS2 min
9.36
8.50
8.12
5.96
T90 min
20.4
19.45
26.38
19.96
基本配方：NR/BR/SBR 100，硫磺與促進劑 2.3，防老劑 5，氧化鋅 3.5，硬脂酸 2，炭黑與填充劑63，其它 16。（另：在4＃配方中還增用了3份硫磺）
圖一：輪胎胎側膠增用10份銅粉或改性輕鈣后硫化膠導熱系數的變化曲線
從表六中我們看到，在輪胎胎側配方中增用10份改性輕鈣后，除硬度增加4個指標外，胎側膠的300%定伸應力提高2個MPa，拉伸強度也有提高，扯斷伸長率略下降，其它性能基本未變化。從圖一的胎側膠的導熱系數變化曲線中可以看到，胎側膠中增用10份改性輕鈣后，其導熱系數接近于銅粉，部分溫度點還優于銅粉，可見，如將輕鈣的表面改性作為其提高產品品質的途徑之一，其產品附加值的將會相當高。
四．前景預測
1.我國無機填料的生產與應用存在先天與后天的不足，很難在短時間加以徹底改觀，需通過多方的力量加以改進；可以套用一句俗語來形容我國無機填料工業的前景：前途是光明的，道路是曲折的。
2.提升無機填料的品質、提高無機填料產品的性價比與附加值，是振興無機填料業的唯一途徑。
3.通過品質提升及提高產品附加值的方式，可使目前的無機填料企業在不增加產能的前提下，利潤率提高二倍以上，并使行業的人才培養、企業發展步入正常軌道。
納米碳酸鈣范文3
[關鍵詞]羥基磷灰石；微球；碳酸鈣；水熱法
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.41.065
羥基磷灰石（hydroxyapatite， HA）， 化學式Ca10（PO4）6（OH）2， 是人體骨骼和牙齒的主要無機成分，具有良好的生物相容性和生物活性，是一種重要的生物醫用材料。在生物醫學領域中，人造或天然HA已被用于骨填充材料，藥物載體，種植體表面涂層，骨組織工程，重金屬吸附等。微米結構HA因為比表面積高和生物相容性好，在作為藥物載體時，能有效提高藥物的存儲量，具有緩釋、安全、有效、副作用小等優勢，因此在藥物輸送方面有更廣闊的應用前景。[1]
關于HA的制備方法有很多，主要有水熱法，化學沉淀法，微波固相法，溶膠-凝膠法，自燃燒法，電化學沉積法等。[2]水熱沉淀法是在特制的密閉反應容器中（高壓釜），先制備碳酸鈣為硬模板，再在碳酸鈣表面原位合成羥基磷灰石。采用水溶液作為反應介質，在高溫高壓環境中，使得原來難溶或不溶的物質溶解并重結晶的方法。[3]水熱沉淀法形成的HA結晶度高、形狀單一，有較好的力學性能。[4]Wenhai Huang[5]用Li2OCCaOCB2O3玻璃微球與0.25 mol/L的K2HPO4溶液在37℃反應120 h，并在600℃下煅燒4 h，進而轉化為HA，獲得直徑100～800μm的中空HA微球。目前采用的水熱沉淀法，大都操作煩瑣，并且需要加入表面活性劑、有機試劑等，安全性不高，大多不能靜脈注射。因此，探索出簡易可行，安全性高的HA制備方法很有意義。
1 實驗內容
1.1 試劑與儀器
整個實驗所用的試劑有天津市百世化工有限公司生產的AR級氯化鈣，西隴化工股份有限公司生產的AR級碳酸鈉，國藥集團化學試劑有限公司生產的AR級磷酸氫二銨，汕頭市西隴化工股份有限公司生產的AR級氫氧化鈉。實驗涉及的儀器為水熱釜；恒溫烘箱；X射線粉末衍射儀；傅里葉變換紅外光譜分析儀；掃描電子顯微鏡；透射電鏡。
1.2 實驗過程
①分別精密稱取7.3020g氯化鈣和5.2718g磷酸氫二銨，分別用去離子水定容到250mL容量瓶，得溶液A和C；精密稱取8.4801g碳酸鈉，去離子水定容至100mL容量瓶，得溶液B；②取30mL溶液A，加入10mL溶液B，氫氧化鈉調pH至7，磁力攪拌1.5h，得到碳酸鈣溶液；③取30mL溶液C，氫氧化鈉調節pH至10，倒入碳酸鈣溶液中，攪拌5min，得混合溶液；④水熱反應 將上一步得到的混合溶液倒入水熱釜，放入烘箱中，120℃水熱反應24h；⑤取出水熱釜，自然冷卻至室溫，濾紙過濾，去離子水洗滌到中性，自然干燥，得HA微球。
2 實驗結果與討論
2.1 XRD表征
HA的整個合成過程涉及多個反應過程，所以樣品物相的純度需要應用XRD進行鑒定。從圖1可見各衍射峰峰形尖銳而強，位置和強度與標準羥基磷灰石PDF卡片特征衍射峰完全吻合，表明該法制備合成的羥基磷灰石結晶度好、純度高。
2.2 傅里葉紅外光譜（FTRI）表征
HA結構中重要官能團OH、PO4的特征峰在FTRI中充分地體現出來。如圖2所示，圖中3568 cm-1屬于羥基振動譜帶，1024 cm-1屬于磷氧伸縮振動譜帶，而603 cm-1和569 cm-1歸屬于磷氧彎曲振動譜帶。
2.3 SEM表征、TEM表征及生長機理
制備的HA粉末顆粒尺寸及形貌直接影響到應用。所以采用SEM對樣品顆粒尺寸及形貌進行了表征，并與市售的HA進行了比較。由圖3（a）可以看出，所制備的HA是由許多納米級的小球自主裝形成5μm左右的小球，粒度較為均勻。而購買的HA形貌為球形，但粒徑不均勻[圖3（b）所示]，粒徑在50μm左右。
圖3
進一步采用TEM對制備的樣品進行表征[如圖3（c）]，發現HA小球端部呈現六方柱習性，符合HA六方晶體結構特征，整個HA粉末晶的生長過程中，可能是反應液中首形成六方柱，然后通過自組裝形成納米球，小球間通過堆積方式形成微孔結構的球簇，有效地提高HA的比表面積及其吸附性能。
3 結 論
本文以球形碳酸鈣為硬模板，水熱沉淀法合成HA微球。制備方法簡單易行，合成產物純度高，粒徑是5μm左右的微孔結構的球簇。與市面上購買的羥基磷灰石相比，粒徑更小，更均勻。合成過程中，不添加任何表面活性劑和有機試劑，提高了產物的安全性。
參考文獻：
[1]王宇明，劉志輝.納米羥基磷灰石的制備及表征[J].化工科技，2010，18（6）：13-16.
[2]何曉梅，古莉娜.介孔羥基磷灰石納米粒子的制備[J].安徽大學學報：自然科學版，2015，39（2）.
[3]K.Ioku，S.Yamauchi，H.Fujimori，et al..Hydrothermal preparation of fibrous apatite and apatite sheet[J].Solid State Ionics，2002，151：147-150.
納米碳酸鈣范文4
開發利用
天然硬石膏的水化研究黎德玲 潘子鶴 劉明亮 周海玲 韓甲興 鄭翠紅 (7)
利用檸檬酸石膏液相法生產高強度α-石膏的研究董秀芹 趙建華 王文忠 (10)
填料并用體系對無石棉膠乳抄取板性能的影響熊浩 夏新興 (14)
高純斜發沸石的發現及其應用價值黃強 郭銀祥 (17)
膨潤土生態利用技術創新探討崔慶剛 (18)
超高分子量聚乙烯/白炭黑復合材料的性能董源 張先 薛俊 曹宏 (20)
天然礦物負載納米TiO_2復合光催化材料的研究與應用張寧 馬正先 劉江 (23)
其他
密友集團建成省級高性能納米金屬粉體工程技術研究中心吳宏富 (16)
試驗研究
我國主要膨潤土礦床原礦理化性能測試分析研究王新江 馬亮 雷建斌 陳媛媛 (26)
河南盧氏官坡偉晶巖中腐鋰輝石的特征分析白峰 馮恒毅 鄒思劼 劉姣 (29)
超細NiO的制備及表征王學彩 馮穎 (32)
水鎂石/TiO_2復合顆粒材料的制備及顏料性能研究姜瑋 丁浩 李淵 (36)
酸浸法提取煤矸石中氧化鋁的動力學分析周朋朋 舒新前 何菂 (40)
煤矸石燃燒反應動力學研究侯麗華 張代華 張利云 (43)
加工技術與設備
塑料用重質碳酸鈣產品精細化與立式磨工藝研究張志宇 秦廣超 遲源 李金榮 張新江 鄧小林 (45)
超細重質碳酸鈣干法加工技術與設備簡評方蒼舟 杜仁忠 蘇寧 (48)
環境工程
磷石膏堆場對周圍農田土壤重金屬含量的影響李佳宣 施澤明 唐瑞玲 倪師軍 (52)
礦產資源
淮北煤系高嶺土資源特征及開發利用崔等 (56)
獨角山白云巖礦地質特征及開發前景周軍 (59)
市場動態
膨潤土生產消費與國際貿易王懷宇 (62)
我國碳酸鈣工業生產現狀及發展建議胡慶福 胡曉湘 宋麗英 (3)
纖維狀非金屬礦物在造紙工業的應用祝葉 夏新興 (5)
無
發改委專家：多晶硅價格還將緩慢下行 (7)
負離子—選擇性吸附材料的功能與低碳理念丁浩 陳榮坤 (11)
粉碎設備行業巨頭聯合打造行業航母吳宏富 (47)
開發利用
淳化伊利石粘土的特性及其應用研究馬小鵬 楊中英 楊紅霞 亓豐源 (8)
碳化硅粉體表面改性研究進展黃文信 張寧 才慶魁 梁斌 王曉陽 闞洪敏 (13)
納米級SiO2對水泥窯用耐堿澆注料性能的影響劉振英 (17)
堿式氯化鎂晶須制備及應用研究進展閆平科 劉江 高玉娟 馬正先 (19)
試驗研究
填料在聚合物中的氣體阻隔貢獻模型研究張玉德 劉欽甫 張乾 陸銀平 (21)
菱鎂礦除鈣可選性研究王金良 楊秀花 (26)
天然粉石英超細提純試驗研究葛鶴松 李舟 李浩 蔡有興 (30)
紅砂巖風化機理的有機酸研究蔣曉東 曹建勁 葉進龍 李易安 (33)
膨潤土專欄
新疆巴里坤膨潤土提純試驗研究陳媛媛 馬亮 陳雄祝 王新江 (37)
鉆井泥漿用膨潤土的試驗研究王鴿 郭海盈 謝愛虎 徐光亮 (40)
宜州膨潤土工業化生產活性白土的研究李克斯 徐新蘭 (43)
JG/T193-2006《鈉基膨潤土防水毯》相關問題的再討論郭海盈 (45)
測試技術
庫侖滴定法測硫儀在礦石分析中的應用探討李得強 劉氘 (48)
加工技術與設備
溢流球磨機的節能改造方案許偉 唐新民 吳學俊 王維君 (50)
礦產資源
洛陽非金屬礦含礦建造及其研究意義付法凱 汪江河 趙春和 侯恩慧 石毅 (53)
沂南石英砂巖地質特征及其開發利用付西珂 (58)
格爾木三岔玉石礦地質特征及成因分析孔祥福 趙想安 燕永潔 (60)
市場動態
遼寧滑石出口“一高一低”兩個難題亟需解決賈岫莊 (62)
納米碳酸鈣范文5
目前有關老年人補鈣的產品俯拾皆是，似乎老年人不吃這些補鈣產品，就會發生重大的問題。誠然，中國老年人鈣攝取量只達到適宜攝入量的三分之一左右，老年人骨質疏松的人數也在不斷增多，老年人骨折也是常見問題，老年人急需進行鈣的補充。而應該如何安全經濟合理有效地補鈣，這是困惑許多老年人的問題。
鈣是人體不可缺少的礦物質，尤其對維持老年人的骨健康有著重要作用。補鈣是不是一定要依賴食物外的鈣?
首先來看藥物補鈣。目前補鈣的藥物不下200多種，合有的鈣基本為碳酸鈣(如鈣爾奇、蓋中蓋)、納米鈣、氯化鈣、氧化鈣(如蓋天力、活力鈣)、葡萄糖酸鈣、L－蘇糖鈣(如巨能鈣)，也有復配的鈣(如龍牡壯骨顆粒中含有碳酸鈣、葡萄糖酸鈣等)，這些藥物有的含鈣量并不高(7％～54％，大部分在40％左右)，吸收率也不高(約35％左右)，如需要達到所需要的補鈣量，就要服用一定量的鈣劑。如果服用鈣劑過多，可能會產生副作用。如大量服用鈣劑，可干擾磷、鋅、鐵等的吸收利用；某些活性鈣制劑是以牡蠣等貝殼煅燒、電解而成的氧化鈣、氫氧化鈣，其為強堿性物質，大量服用則可引起消化道刺激而產生不適，影響食欲；氯化鈣也有損害胃腸道功能的副作用；有的鈣劑中添加了枸櫞酸、醋酸等，影響了口感，使有些人群難以接受；還有的鈣劑或保健品中添加有人造色素、香精或糖精等，對人體的健康可產生不利影響；此外，有的鈣劑中添加了較多的糖分矯味，能可影響食欲及營養平衡。身體狀況不同的人，選擇的鈣劑還應有所不同，如碳酸鈣不適合胃酸缺乏或正接受噻嗪類利尿降壓藥治療的高血壓患者者；磷酸鈣不適合慢性腎功能不全者；葡萄糖酸鈣又不適用于大多數糖尿病患者；此外鈣劑還會與甲狀腺激素、四環素、皮質類固醇等激素類藥物相互作用，對人體產生不利影響。所以用鈣劑補鈣，并不能隨心所欲，任意從市場購得，就可一服即可，而要在正確的指導下服用，才能保障安全服用。
然后，看看補鈣保健食品(如牦牛壯骨)和營養素補充劑(善存等)，目前這類產品也不少。許多能補鈣的產品并非單一成分，而老年人缺鈣也不一定缺乏其他礦物質，如果除補鈣外，還全面補充了其他礦物質，也會導致其他營養素比例失衡，影響彼此間的吸收，造成新的營養不良。此外，用骨生產的骨粉(鈣)，還存在鉛污染的可能性。
上述兩種補鈣產品中都存在服用過量的可能。目前已研究報道表明，鈣劑可使鐵的吸收量減少5。％。一次性補鈣多，因機體調節的作用，有時反而可降低鈣的吸收率。
再看鈣強化食品(如鈣強化鹽)。這些產品雖彌補了鹽中鈣含量低的不足，但就其合鈣量而論，要能滿足老年人對鈣的要求，可能根本不現實，因為老年人每日只能吃5克以內的鹽，從食鹽中攝取的鈣量非常有限。此外，有些鈣強化劑中也存在鉛污染的問題。
納米碳酸鈣范文6
【關鍵詞】荷葉效應；結垢機理；涂料
1 荷葉效應
眾所周知，清晨或者雨后，水滴落在荷葉上，會以水珠的形式一個一個自由滾動下來，荷葉表面始終都能保持著干爽，而且，水珠在不斷的滾動中能夠帶走附著在荷葉表面上的塵土和一些雜質。為什么會產生這種效應呢？下面我們用傳統的、大家熟知的化學分子極性理論來解釋，許多化學分子都具有親水性和憎水性，例如我們生活中所用到的洗衣粉，洗潔精這些必備品都是采用這種原理制作成的。經過分析得知：荷葉的基礎化學組成成分是葉綠素、纖維素、淀粉等多糖類的碳水化合物，而這些物質中含有豐富的羥基（-OH）、氨基（-NH）等極性基團即親水性分子，在自然環境中非常容易吸附水分和污漬。而荷葉的葉面卻具有極強的疏水性，灑在葉面上的水會自動匯集成大致相等的水珠，水珠的滾動把落在葉面上的塵土污泥粘吸起來，一起“組團”滾出葉面，使葉面始終保持潔凈、干爽，這就是著名的“荷葉自潔效應”。為什么這種“荷葉效應”用傳統的化學分子極性理論來解釋，不僅解釋不通，而且恰恰相反呢？荷葉的表面用手去撫摸都可以感覺到它的粗糙程度，它的表面光潔度根本達不到機械學意義上的光潔度（粗糙度），所以，從機械學的光潔度（粗糙度）角度來解釋也是行不通的。
20世紀90年代初，經過兩位德國科學家的長期觀察和研究，終于揭開了荷葉表面產生自潔效應的神秘面紗。通過超高分辨率顯微鏡可以清晰觀察到在荷葉表面上存在著非常復雜的多重納米和微米級的超微結構，這些超微結構是由許多微小的乳突（平均大小約為10微米，平均間距約12微米，直徑為200納米左右。）組成的。它們一個挨著一個密密麻麻的的排布著，就像隆起的小山包，在它們上面長滿絨毛。在“小山包”頂端而會長出一個相當于饅頭狀的凸出點。因為有這樣奇特的結構存在，在高起點下面的低谷處就會布滿空氣，空氣下面就是葉子的表面，這樣的凹陷一個挨著一個，密密麻麻排列，當其他尺寸大于該結構的物質接觸葉片的時候，并不能完全接觸葉片的表面，而是被幾個點支撐著。水珠在自身的表面張力作用下形成球狀，水球不斷滾動的同時吸附雜物，最終滾出葉面，這就構成“荷葉效應”的基本原理。如圖1所示：
圖1 荷葉憎水示意圖
2 水垢對金屬表面的危害
2.1 結垢的影響
水垢對人類的生產生活造成了巨大的影響，它是一種導熱性能極差的化學物質，導熱性能為鋼材的十分之一到數百分之一，是“百害之源”。下面以水垢對油氣田產生的危害做簡要說明。
金屬管道表面結垢是油氣田生產過程中遇到的嚴重問題之一，水垢常導致油氣層傷害、油氣井井筒內壁和地面管線內表面阻流、設備損壞等問題出現，使油氣開發和油氣正常生產受到嚴重影響。造成了較大的經濟損失，而且隨著油田最近幾十年不斷的開采，地下原油的中含水量的不斷上升，產生結垢的現象愈來愈明顯。造成卡泵，注水、輸水系統堵塞。因此，需對金屬表面結垢成因機理和影響因素等進行分析研究，以便制定出有效的防垢措施。
2.2 垢的種類
在金屬表面最常見的水垢是碳酸鈣 、硫酸鈣 、硅酸鈣、碳酸鎂、硫酸鎂、氫氧化鈣、氫氧化鎂垢、鐵鹽、硅鋁垢。
2.3 結垢機理
不同的物質有著不同的結垢機理，下面介紹一下不同物質的結垢機理。
想要了解水垢的成結機理，首先需要知道什么是“硬水”和“軟水”，“硬水”是指水中含有鈣鎂鹽類等礦物質。自然界中的湖水、河水、井水和泉水都是硬水。人們生活中用到的自來水是河水、湖水或者井水經過沉降，除去泥沙，消毒殺菌后得到的（在此過程中并沒有去除水中的礦物質），也是硬水。“軟水”是指不含礦物質的水，剛下的雨雪就是軟水。自來水燒開后，一小部分水分蒸發了，本來不好溶解的硫酸鈣（含結晶水的硫酸鈣就是我們熟知的石膏）沉淀下來。原來溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂，在沸騰的過程中分解，放出二氧化碳，變成難溶解的碳酸鈣和碳酸鎂（石灰石、白云石的主要成分）也沉淀下來。這就是水垢的來歷。用硬水洗衣服的時候，水里的鈣鎂離子和肥皂結合，生成了脂肪酸鈣和脂肪酸鎂的絮狀沉淀，這就是“豆腐渣”的來歷。日常生活中使用硬水洗衣服，會導致洗衣粉的利用率下降。水壺內表面金屬層如果形成了水垢，就不容易傳導熱量，導致燃料的浪費。對于一個家庭來說，這些浪費還不算嚴重。而對于工業來說，浪費可就不可忽視了。例如供暖公司冬季供暖供汽用的大鍋爐，每天要送出幾十噸蒸汽，相當于燒干幾十噸的水。據試驗，一噸河水里含有大約1.6千克礦物質；而一噸井水里的礦物質高達30千克。一天輸送幾十噸蒸汽，硬水在金屬鍋爐內壁沉積出的水垢數量，又該多么驚人！
水垢的成結需要經過一個復雜的物理化學過程，即存在內因，又存在外因。內因是水中含有鈣、鎂離子及其它重金屬離子；外因是固態物質從過飽和的爐水中沉淀析出并粘附在金屬受熱面。當水中的鈣、鎂等鹽類雜質收到高溫時，其自身就會產生化學反應，生成不易溶于水的物質。當這些物質在水中的濃度達到一定時，就會成為固體沉淀析出，附著在金屬受熱面的內壁上，形成一層阻礙熱量傳遞的物質（通常為白色），這層白色物質就是水垢。
組成水垢的物質比較復雜，通常是由一種主要化學成分和其他次要化學成分組成的結合體。按其化學成分可分為碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵水垢、含油水垢、混合水垢及泥垢等幾種。
2.3.1 碳酸鹽結垢機理
碳酸鹽垢[CaCO3， MgCO3， Ca（HCO3）2，]是由于鈣、鎂離子與碳酸根或碳酸氫根結合而生成的，反應式如：
Ca2++CO32-CaCO3（1）
Mg2++CO32-MgCO3（2）
Ca2++2（OH）-Ca（OH）2（3）
2.3.2 硅酸鹽及硫酸鹽垢
硅酸鹽和硫酸鹽垢是由于二價金屬陽離子M2+（式中M2+表示 Ca2+，Mg2+，Ba2+等）與硅酸根和硫酸根結合而生成，反應式如下：
M2++SO42-MgSO4（4）
M2++SiO42-MSi04（5）
2.3.3 氫氧化鈣和氫氧化鎂垢
當水中含有Mg2+和 OH-離子時，二者發生如下反應而生成氫氧化鎂 ：
Mg2++2（OH）-Mg（OH）2（6）
若水中含Ca2+較多，也存在氫氧化鈣結垢的可能性 ，即：
Ca2++2（OH）-Ca（OH）2（7）
2.3.4 鐵鹽
當水中含Fe2+和Fe3+，它們與水中 OH-發生反應 ，生成 Fe（OH）2和 Fe（OH）3沉淀。另外，含有鐵離子的油水混合物還可能生成FeCO3和Fe2O3等沉積物。
Fe2++2（OH）-Fe（OH）2（8）
Fe3++3（OH）-Fe（OH）3（9）
4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3（10）
2.3.5 硅鋁垢
地層中鋁含量較高時容易形成硅鋁垢。其組分主要有：硅酸鈣、硅酸鎂、碳酸鈣 、硫酸鈣、氫氧化鎂、氫氧化鈣、碳酸鎂及鐵鹽等，這與前面分析的成垢機理相一致。
3 涂料在金屬表面的應用
從上面的成垢機理來看，我們不難看出，各種金屬和非金屬離子都是以游離態的形式溶解在水中，在一定的條件下才能結合。只要保證水分不在金屬表面停留就能阻止其在金屬表面成垢。關鍵是如何將金屬表面模擬成荷葉表面呢？這要借助一種物質來完成―涂料。
3.1 涂料的組成
涂料主要由四部分組成：成膜物質、顏料、溶劑、助劑。
成膜物質――是涂料最基礎的東西，決定著涂料和涂膜的性能，它的功能是粘結涂料中其它組分形成涂膜。成膜物質的種類很多，目前涂料工業使用最多的成膜物質是樹脂。樹脂是一種無定型狀態存在的有機物，通常指高分子聚合物。以往，天然樹脂占主導地位，現代合成樹脂則被廣泛應用。
顏料――它的作用是將涂膜呈現出不同的顏色，使涂膜可以不同程度的遮掩物體本身色彩，現在，廣泛應用在裝修行業。一些特殊顏料可以提升涂膜的某些特定的性能，所以顏料是涂料的重要組分之一。
溶劑――發揮的作用是，將易溶解的成膜物質溶解，不易溶解的將其組分在溶劑中盡量分布平均，這樣操作后利于形成涂膜，溶劑本身又具有較強的揮發性，待涂膜形成后，它便可以從涂膜中以不同的速度揮發到空氣中去，所以，從嚴格意義上講涂膜中不會含有溶劑，它只承當一個載體作用，而不是涂膜的組成部分。
助劑――它是涂料的一種輔助材料，依靠自身是無法形成涂膜的，但它不像溶劑可以揮發到空氣中，而是以成膜物質的一個組成部分保留在涂膜之中，并可以提高涂膜自身的某些性能。根據涂料應具備的性能可選擇不同作用的助劑，一種涂料中也可使用多種不同的助劑，以發揮其不同作用。
3.2 涂料的成膜機理
涂料曾被定義為：一種材料，這種材料可以用不同的施工工藝涂覆在物件表面，形成粘附牢固、具有一定強度、連續的固態薄膜。這樣形成的膜通稱涂膜，又稱漆膜或涂層。這種薄膜屬于有機化工高分子材料，按照現代通行的化工產品的分類，涂料屬于精細化工產品。不同形態和組成的涂料成膜機理各不相同，涂料所用的成膜物質決定著涂料成膜機理。涂料的成膜方式一般可分為非轉化型和轉化型，二者有著本質上的區別，前者發生的是物理變化，而后者則是發生化學變化。隨著科技的不斷發展創新，現代的涂料大多采用多種方式最終成膜。
3.3 涂料的疏水機理
具有疏水性能的自清潔仿生表面引起了人們的普遍關注，科學家在對動植物表面的研究中發現，自然界中通過形成疏水表面來達到自潔功能的現象非常普遍，最典型的如以荷葉為代表的植物葉，因此人們模擬荷葉表面的性質制作了許多涂料，市場上具有荷葉效應的涂料或乳液，大部分是通過降低表而張力來實現的。這種通過降低表而張力，其提高與水的接觸角（當液體落在固體表面而未展開時，則液體以一定的形狀停留在固體的表面，由固體表面和液體邊緣切線形成一個夾角θ，這個角被稱為接觸角）有限，約能提高至120°左右，例如現在的硅樹脂涂料與水的初始接觸角約為93°-115°，因此，荷葉效應的結果是有限的，很難達到既保持涂膜干燥，又具有自潔功能。
涂層表面與水的接觸角至少要達到130°，這時表而的憎水性才比較明顯，水珠在其上面才能不斷的滾動，水珠滾動的同時會把落在葉面上的塵土污泥粘吸起來，是涂層表面保持清潔，從而達到“荷葉自潔效應”。在金屬表面成膜材料的性能是山其組成和結構決定的。把降低表而張力和形成復雜的多重納米和微米級的超微結構結合起來，才能取得很好的荷葉效應結果。當接觸角在0°-90°之間時，涂膜表面粗糙度大些能使接觸角進一步減小，而當接觸角在90°-180°之間時，膜表面粗糙度變大能使接觸角變大。
（a）θ=0° （b）0°
圖2
從圖2所示的接觸角大小比較容易判斷出接觸面的憎水性能的好壞。
當θ=0°時，液體完全潤濕固體，無拒水作用。
當0°
當 90°
當θ=180°時。固體完全不被潤濕。拒水作用優良。
根據表面物理化學中表面平整度對接觸角的影響規律可知，如果想增大接觸角θ，就要適當增加涂膜表面粗糙度，而現在市場上出售的具有荷葉效應的成膜物質，與液體的接觸角θ一般不大于120°，說明其表面粗糙度仍然不夠。通過上面對荷葉表面微觀結構的分析和荷葉憎水示意圖可知，荷葉表面并不光滑，如果要將金屬表面打造成真正的荷葉表面，單單依靠一層涂層是不夠的，必須要在涂層與金屬表面粘結后，在與空氣接觸面上密密麻麻地排列納米和微米級的微笑顆粒，這些顆粒的化學組成要與荷葉表面的乳突成分一致或相似，這樣就能更加準確的接近荷葉表面的結構。如圖3所示：
圖3
圖3（1）左側的四分之一處是沒有涂膜的金屬表面，右側四分之三處涂了一層成膜物質后，又在成膜物質上面撒上微米級顆粒，當超微顆粒緊密排列時， 水分子無法進入顆粒結構的內部，進而可以在其表面上自由的滾動，如圖3（2）所示。但圖3（2）所顯示的結果也存在許多的缺陷，例如，超微結構物質的選擇很受限制；在成膜物質上的超微結構物質的排列不均勻，由于技術的限制不能完全在一個平面上均勻排布；超微結構物質與涂層的結合不緊密，易脫落。
總之，荷葉效應要想在金屬表面廣泛的應用，還有許多困難需要克服，但是，近些年，科學家模擬荷葉表面制作的不粘鍋，其工藝技術日漸成熟，從在金屬表面涂一層疏水性的物質（特氟龍）到現在非常先進的鉆石滲透技術，無不體現科學的進步，我們相信在不久的將來，荷葉效應在金屬表面的應用會越來越廣泛，其技術會越來越成熟。
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