以无水三氯化铝(AlCl3)和乙二胺四乙酸(EDTA)为晶型控制剂和分散剂，碳化法制备了短径约40nm的棒状纳米碳酸钙。
纳米碳酸钙是一种优良的无机填料，在塑料、橡胶、涂料和化妆品等诸多工业领域有着广阔的应用前景。纳米碳酸钙作为一种新型化工原料，其性能主要取决于其形态特征、粒径和分散性，其活化度、吸油值和沉降体积对其应用领域起着决定性作用。AlCl3可溶于水形成胶体状线状物质，可考虑作为制备棒状纳米碳酸钙的晶体控制剂。晶体控制剂的种类很多，但使用AlCl3作为晶体控制剂的研究报道很少。本实验研究了纳米碳酸钙制备过程中三氯化铝用量对产品性能(活化度、吸油值和沉降体积)的影响，并通过SEMM和XRD对产品进行了表征。
1个实验
1.1仪器
JSM-6330F扫描电子显微镜(冷场)，日本全罗；x射线衍射(XRD)，日本岛津600；DDS-307电导率仪，PHS-313 pH计，上海晶科；DC-0515水循环制冷仪、上海衡平科学仪器有限公司等。
1.2试剂
上海奉贤凤城试剂厂氢氧化钙；乙二胺四乙酸(EDTA)，天津百世化工有限公司；天津陈辅化学试剂厂无水三氯化铝；硬脂酸钠，天津科米欧化学试剂有限公司；95%乙醇，天津红岩化学试剂厂；邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，天津华钥化学试剂有限公司(以上试剂均为分析纯)；液体石蜡，天津广成化学试剂有限公司(化学纯)。
1.3方法
称取一定量的Ca(OH)2，加入蒸馏水使其溶解，配成6%的Ca(OH)2浆液，陈化一段时间，用200目筛过滤，碳化前加入EDTA，控制反应温度、CO2流量、搅拌速度等参数，用pH计和电导率计控制反应进程，当电导率第一次下降又开始上升时，加入一定量的AlCl3，继续碳化过程。碳化反应得到的CaCO3溶液陈化12小时，然后放入水浴锅中升温，再加入硬脂酸钠，控制搅拌速度和反应时间，抽滤，用95%乙醇洗涤，干燥，粉碎，过筛，得到纳米碳酸钙产品。
1.4分析方法
活化度:称取5g样品，精确至0.01g，置于250mL分液漏斗中，加入200mL蒸馏水，以120次/min的速度来回摇动1min。轻放在漏斗架上，静置20 ~ 30分钟。明显分层后，将沉淀碳酸钙预先放入漏斗架中(105 & plusmn5)℃5)在℃干燥至恒重，精确至0.001克，活化度x根据公式(1)计算。
吸油值:称取5g样品，精确至0.01g，置于玻璃板或上釉瓷盘上，用已知质量的滴瓶滴下DOP，滴下时不断转动并用刀研磨。首先，样品被分散，然后逐渐聚集，直到被DOP完全润湿，形成完整的簇作为滴定终点。称量滴管瓶的质量，精确到0.01克。整个测量应在90分钟内完成。吸油量Y根据公式(2)计算。
沉降体积:称取5g纳米碳酸钙粉末，置于带塞的带刻度的50mL量筒中，加入一定量的液体石蜡，待粉末被石蜡完全浸透后，加入液体石蜡至50mL刻度，以120次/min的振荡频率上下振荡3±3分钟，使粉末均匀分散，然后静置，每12小时记录一次固体体积。
2结果和讨论
2.1 ALC L3用量对活化度、吸油值和沉降体积的影响
Ca(OH)2浓度为6%，碳化初始温度为20℃，CO2流量为0.1 m3/h，搅拌速度为300r/min，EDTA用量为1g/100g Ca(OH)2，AlCl3用量分别为0g/100g Ca(OH)2和0.5g/100g Ca。活化温度为80℃，硬脂酸钠用量为6g/100g CaCO3，活化时间为40min。所得产品的活化度、吸油值和沉降体积见图1-图3。
从图1可以看出，AlCl3的用量对产品的活化程度影响很大。当其浓度低于1.5%时，活化度随剂量的增加变化不大，但当其浓度高于1.5%时，活化度随浓度的增加而显著降低。这是因为在碳化过程中，当加入过量的AlCl3时，过量的AlCl3阻碍了硬脂酸钠在后期活化过程中在纳米碳酸钙表面的吸附，从而降低了最终产品的活化程度。
从图2可以看出，AlCl3的用量对产品的吸油值影响很大，吸油值主要由碳酸钙的表面能决定。当AlCl3的用量为0%时，吸油值最高。这是因为纳米碳酸钙产品以纺锤形为主，粒度分布不均匀(如图4(a)所示)。当AlCl3的用量为1.5%时，其吸油值最低，这是因为当加入一定量的结晶控制剂时，碳化反应生成的晶型比较单一，以棒状和条状为主(如图4(b))；但当加入过量的AlCl3时，AlCl3与水反应放出大量的热量，使反应溶液的局部温度升高到29℃，温度对晶型影响很大，导致生成不同晶型的产物。
从图3可以看出，晶体控制剂的加入对产品的沉降体积有很大的影响。当三氯化铝用量为2%时，产品的沉降体积最大，变化幅度最小。沉降体积还与晶体形状和颗粒大小有关。球形和立方纳米碳酸钙的沉降体积小于线性纳米碳酸钙，因为其沉降速度更快。当添加一定量的AlCl3时，纳米碳酸钙产品的沉淀体积较大，因为其具有链状晶体形状和均匀的粒度分布。
2.2 产品形貌的表征2.2产品形态的表征
扫描电镜表征
实验中制备的纳米碳酸钙经扫描电镜测试，结果如图4所示。
从图4可以看出，不含AlCl3的纳米碳酸钙产品晶型复杂，以纺锤形为主，粒度分布不均匀，团聚严重。添加1.5% AlCl3的纳米碳酸产品为棒状，其短径约为40nm，长径比约为10:1。AlCl3添加量为2.5%的纳米碳酸钙产品也呈棒状，但表面有一些杂质，可能是AlCl3过多造成的。XRD分析
使用AlCl3作为晶形控制剂获得的纳米碳酸钙产品通过XRD进行分析，结果如图5所示。将图5与ASTM卡片对比，可知纳米碳酸钙的晶型为方解石。
3结论
(1)纳米碳酸钙的吸油值随着AlCl3用量的增加先降低后升高，说明添加适量的AlCl3可以降低产品的吸油值，最佳用量为1.5%。
(2)当AlCl3用量小于1.5%时，随着AlCl3用量的增加，产品的活化程度变化不大。当AlCl3的用量大于1.5%时，随着AlCl3用量的增加，产品的活化程度明显降低。
(3)随着AlCl3用量的增加，纳米碳酸钙的沉降体积先减小后增大，最佳浓度为2%。综合考虑以上因素，以AlCl3为晶控剂制备棒状纳米碳酸钙时，AlCl3的用量应在1.5%-2.0%之间。
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