摘要：简要介绍了纳米碳酸钙质量指标体系，重点讨论影响产品质量的工程因素，质量控制点设置及其与工程设计和设备选型的关系。

一、前言

我国制造业正处于从数量向质量转变的结构调整阶段，对于纳米碳酸钙等高端的超细粉末颜填料行业无疑是一个发展的新机遇。中国一路一带发展战略也给我们指出了中国创造走向世界的大方向。对于成长性企业，自身应该从国际化视野打造产品，换句话说，产品应满足国际化需求。其内涵是，产品不仅符合标准，更重要的是每天生产相同质量的产品，也即产品的稳定性或一致性满足市场的需求。超细颜填料产品通常是下游制品的基础原料，在制品中成本中仅占相对较低的份额，但是其性能的变异或波动可能对产品的功能性造成不可挽回的损失。

本文以纳米碳酸钙尤其是密封胶用纳米碳酸钙为例，讨论质量指标体系及其设置，影响质量指标稳定性的工程因素。

二、密封胶用纳米碳酸钙质量指标的比较

中国国家标准《纳米碳酸钙》（GB/T 19590-2011）和国际标准《特种用途的功能性颜填料——第一部分：密封胶用纳米碳酸钙》（Functional pigments and extenders for special applications —Part 1: Nanoscale calcium carbonate for sealant application）（ISO 18473-1）规定了密封胶用纳米碳酸钙的质量指标要求，按照颗粒特性和化学指标分别见表1，同时列出了山西兰花华明纳米材料股份有限公司对应产品的质量指标。

表1. 相关标准和企业密封胶用纳米碳酸钙质量指标要求

从上表比较，颗粒特性指标要求，ISO标准最为宽松，国标将产品按照平均颗粒度划分为两个型号，实际操作中，兰花纳米公司则根据颗粒团聚程度区分了四个型号（表中未给出）。理论上，XRD测量得到一次结晶颗粒的平均粒度，TEM测量得到一次结晶和结晶团聚体（硬团聚体）的平均粒度。

关于颗粒的团聚程度，作者认为有硬团聚体和软团聚体之分，国家标准推荐的团聚指数，对于纳米碳酸钙而言应该是指硬团聚体的指数，纳米颗粒硬团聚体通常难以藉物理力拆散，或者已经很不经济，硬团聚体指数大的情形必定对应于不合理的合成工艺，例如，冷冻法合成的纳米碳酸钙，一次结晶颗粒度小于没有50 nm，而表面处理剂又未达到足够的量，这种情况往往造成颗粒团聚指数较大，实际的颗粒度往往是非纳米级，严格说，这种产品只是号称纳米级碳酸钙。

依据作者长期的研究和生产实际总结，区分产品是否是纳米级的颗粒，应该从以下颗粒特性予以考证。首先应该看电镜，看看颗粒的形貌及其是否团聚和连体，测量尺寸最好是透射电镜（TEM），制样时可以在水中假如少量的分散剂，例如十二烷基磺酸钠等。其次，测量粉体的振实密度、DOP吸油值（ISO标准中给出的是亚麻仁油吸油值）两个反应颗粒度分布有关的颗粒干粉堆积和树脂填充时临界堆积参数。通常地，振实密度越大，颗粒度分布就越宽，证明其中硬团聚体就越多，对应的DOP吸油值也会上升。硬团聚体是造成粉体结构指数增加的主要原因，例如普通轻质碳酸钙，由于其原生颗粒为纺锤形孪晶，其中有大量的空隙，表现为较大的吸油值（通常大于55 gDOP/100g），由于表面积小，气体吸附量少，总体上其振实密度也远大于纳米级碳酸钙。对于密封胶用纳米碳酸钙，其功能是为产品提供触变性，并改善胶的拉伸性能（补强）。过多的硬团聚体，胶的拉伸性能不好（发脆），触变性变差。

三、影响纳米碳酸钙质量的工程因素

纳米碳酸钙质量可以分为粉体特性指标和化学指标两个方面。合成工艺决定了纳米碳酸钙一次颗粒的形貌、大小、尺寸分布和表面性质。过程设备及其操作条件对合成工艺的原料和一次颗粒的后处理结果产生重大的影响。假设合成工艺是合理的，影响纳米碳酸钙产品质量的工程因素择要归结如下几个方面。

1．设备因素

影响纳米碳酸钙质量的设备因素主要来自石灰窑、陈化池、窑气净化器、合成反应器和包覆反应器、干燥器、解聚机、分级机和包装机。这些设备对纳米碳酸钙质量之间的关系见表2。

表2 影响纳米碳酸钙质量的设备因素关系

2．操作及其控制因素

所说操作控制是指过程的自动控制方式和自动控制水平。为了实现产品的稳定性和一致性，建议在以下节点予以重点关注并设置自动控制系统（按照流程次序）。1）矿石和燃料的配比；2）一次风和二次风量；3）水灰比；4）陈化池温度和浓度序列；5）窑气浓度、压力及其通气量；6）碳化温度序列、搅拌强度和电导率；6）包覆温度和搅拌强度；7）活化剂等自动计量和调节；8）压滤程序和泵的连锁；9）热风发生炉燃料速率、入干燥器干燥热风温度配比和尾气温度；10）解聚机电流和分级机电流；11）料仓料位和包装机抽气风机。

3．原材料处理

纳米碳酸钙涉及需要处理的大宗原料是矿石和水。矿石的处理包括矿石入窑块度和入窑前清洗。

矿石块度影响过烧和生烧比例，从而影响产品的氧化镁含量、水分、白度和pH值。入窑前矿石最好是经过清洗，尽可能地除去采矿和运输过程中所夹带的泥沙杂质，可以有效地降低产品中酸不溶物的含量，并在一定程度上提高产品的白度水平和下游制品的光泽度。水处理的重点是除去原水中的悬浮物。

四、纳米碳酸钙质量控制点设置

根据上述影响纳米碳酸钙质量的工程因素，结合生产工艺，设置合理的质量控制点，按照在线监控和分时点检分类管理，具体的产品控制点设置按照工艺流程见表3。

表3 纳米碳酸钙质量控制设置一览表

在新产品定型过程中，通常地在包覆釜后增加产品的定量检验，并与包装产品对比，为调整后处理的设置参数提供技术方案。

以上的控制点设置经过多年的实际，证明对产品质量一致性具有重要的影响。

——吴秋芳（超细粉末国家工程研究中心总工程师）、

马建民（山西兰花华明纳米材料有限公司董事长）