晶須是什么？晶須是指在人工控制條件下合成的具有一定長(zhǎng)徑比（一般大于10）的單晶纖維材料。迄今為止，已研究開(kāi)發(fā)出了數(shù)百種晶須，主要包括金屬、碳酸化物、氮化物、氯化物等。
而碳酸鈣晶須以其原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，對(duì)環(huán)境污染以及人體的危害較小，同時(shí)在與塑料復(fù)合時(shí)與基體樹(shù)脂的相容性較好，且也具有強(qiáng)度高、彈性模量大、耐熱以及耐腐蝕性能好等優(yōu)良性能，因此可以成為那些生產(chǎn)成本較高晶須的取代品。
生產(chǎn)碳酸鈣晶須面臨的挑戰(zhàn)
相對(duì)于其它無(wú)機(jī)晶須而言，碳酸鈣晶須的原料來(lái)源豐富，制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉由于其與土壤成分接近，對(duì)人體無(wú)害，屬于綠色環(huán)保材料且力學(xué)性能優(yōu)異，是一種良好的強(qiáng)化增韌劑，因此性?xún)r(jià)比較高，在材料發(fā)展日新月異的今天具有廣闊的市場(chǎng)和開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。
但是不可否認(rèn)，碳酸鈣晶須還存在問(wèn)題待解決，這是有志于生產(chǎn)碳酸鈣晶須企業(yè)必須面臨的挑戰(zhàn)。
在碳酸鈣晶須的制備、應(yīng)用和生長(zhǎng)機(jī)理上依然有很多的問(wèn)題有待解決，主要表現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：
1.碳酸鈣晶須的純度不高。碳酸鈣主要以方解石和文石兩種晶型存在，在制備熱力亞穩(wěn)相的文石型碳酸鈣晶須時(shí)，常會(huì)混雜有部分方解石存在，尤其是利用回收的氯化鎂溶液制備時(shí)，純度降低較大；
2.在利用碳酸化法制備碳酸鈣晶須的過(guò)程中，為了保持反應(yīng)所需的低過(guò)飽和度，常使反應(yīng)溶液的初始濃度較小，碳酸鈣晶須的產(chǎn)率較低，同時(shí)所得晶須的長(zhǎng)徑比較小，整體均勻性較差；
3.碳酸鈣晶須的表面改性理論。對(duì)碳酸鈣晶須表面進(jìn)行改性有利于提高晶須的性能以及與基體的相容性，因此被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，但就其改性理論和改性工藝方面依然有很多未解決的問(wèn)題。
4.理論機(jī)理不明確。解釋碳酸鈣晶須形成機(jī)理時(shí)主要是基于軸向螺旋為錯(cuò)生長(zhǎng)理論來(lái)分析的，對(duì)晶須直徑方向的控制和生長(zhǎng)并沒(méi)有很好的解釋而且對(duì)于碳酸鈣晶須在液相中的形成和生長(zhǎng)過(guò)程也沒(méi)有進(jìn)行分析和解釋?zhuān)铣蛇^(guò)程存在著一定的盲目性。
碳酸鈣晶須的制備
既然碳酸鈣晶須有這樣那樣的問(wèn)題，尚待解決。為什么制備碳酸鈣晶須還成為了大熱門(mén)？理由很簡(jiǎn)單，因?yàn)橹苽涮妓徕}晶須的經(jīng)濟(jì)效益非常好，是“碳酸鈣家族”的“高富帥”，比較其他碳酸鈣產(chǎn)品的低價(jià)，碳酸鈣晶須的附加值就很高了。
目前，國(guó)內(nèi)外合成碳酸鈣晶須較常用的方法有可溶性鈣鹽與碳酸鹽反應(yīng)制備法，碳酸氫鈣水熱分解法，尿素水解法，Ca（OH）2-CO2氣液反應(yīng)合成法，超重力反應(yīng)結(jié)晶法。
1.可溶性鈣鹽與碳酸鹽反應(yīng)制備法
該方法是利用一定濃度的可溶性鈣鹽和碳酸鹽溶液混合，通過(guò)控制反應(yīng)溫度、攪拌強(qiáng)度和滴加速度來(lái)制備碳酸鈣晶須。常用的可溶性鈣鹽為CaCl2、Ca(NO3)2等，常用的碳酸鹽溶液為K2CO3、Na2CO3等。
該法的主要優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)可以自發(fā)的進(jìn)行，不需要添加任何的晶型控制劑，因此控制因素較少，制備相對(duì)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)所得晶須的長(zhǎng)徑比相對(duì)較大，且表面光潔度較好，純度較高。但產(chǎn)量較低，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，不適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。
2.碳酸氫鈣水熱分解法
該方法是指將一定濃度的Ca(HCO3)2溶液加熱到一定溫度分解來(lái)制備碳酸鈣晶須，其特點(diǎn)是先要制備出Ca(HCO3)2溶液，然后再通過(guò)控制溶液的加熱溫度、升溫速率和攪拌強(qiáng)度等條件，使其結(jié)晶以生成碳酸鈣晶須。
該法的主要優(yōu)點(diǎn)在于所制得的晶須較長(zhǎng)，晶須的純度較高，但分布較寬，整體性均勻很差，同時(shí)晶須直徑也較大，，而且生成量較低，控制因素也較多，反應(yīng)步驟相對(duì)較復(fù)雜，反應(yīng)過(guò)程難以控制，其反應(yīng)需要溫度高，能耗較大，因此不符合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的需要。
3.尿素水解法
該方法是指利用尿素水解產(chǎn)生的CO2氣體與可溶性鈣鹽體系反應(yīng)來(lái)制備碳酸鈣晶須，主要有Ca(NO3)2-(NH2)2CO體系和CaCl2-(NH2)2CO體系。
此法的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)須加入任何的晶種和結(jié)晶促進(jìn)劑，且機(jī)理簡(jiǎn)單，同時(shí)也可以避免引入雜質(zhì)，因此晶須的純度和表面光潔性較好但其不足之處在于生產(chǎn)成本太高，同時(shí)由于反應(yīng)條件需要恒定的高溫高壓，能耗較大，危險(xiǎn)性較高且一般條件下，所得晶須的長(zhǎng)徑比相對(duì)較小，而工業(yè)上一般要求晶須的長(zhǎng)徑比在20左右，因此應(yīng)用相對(duì)較難。
4.Ca(OH)2-CO2氣液反應(yīng)合成法
該方法是將碳酸鈣煅燒分解后的氧化鈣，充分消化后得到Ca(OH)2懸浮液，與適當(dāng)濃度的晶型控制劑混合，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。
此法的主要優(yōu)點(diǎn)在于制備工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程易于控制，且重復(fù)性較好，在不需要加入任何晶種的情況下，即可制得長(zhǎng)徑比在15-20左右的碳酸鈣晶須，適宜于大工業(yè)化生產(chǎn)。但缺點(diǎn)在于所得碳酸鈣晶須的長(zhǎng)度不大，易混雜有方解石和氫氧化鎂等雜質(zhì)。
5.超重力反應(yīng)結(jié)晶法
此優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)成本較低，碳酸化反應(yīng)時(shí)間短，且所得晶須的純度較高，長(zhǎng)徑比大，不過(guò)晶須相對(duì)較短，比其他方法所得晶須低2-4個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)設(shè)備的投資較大。
寫(xiě)在最后
1995年文石碳酸鈣晶須的工業(yè)化生產(chǎn)最早在日本實(shí)現(xiàn)。隨后美國(guó)和西歐也實(shí)現(xiàn)了碳酸鈣晶須的工業(yè)化生產(chǎn)�，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者也都開(kāi)展了碳酸鈣晶須工業(yè)化生產(chǎn)的前期研究。
由于碳酸鈣晶須生產(chǎn)工藝與現(xiàn)有輕質(zhì)碳酸鈣微粉生產(chǎn)工藝相似，加上我國(guó)有大量碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)，如果我們利用現(xiàn)有設(shè)備加以改造，必定會(huì)大大提高我國(guó)碳酸鈣晶須的生產(chǎn)能力。
參考來(lái)源
李會(huì)杰.白云石制備碳酸鈣晶須及其機(jī)理的研究
趙濤濤.碳酸鈣晶須的制備及機(jī)理研究
裴冰野.利用方解石制備文石型碳酸鈣晶須的研究
中國(guó)粉體網(wǎng)
