中文摘要：

方解石类碳酸钙矿物是塑胶涂料造纸行业大量使用的廉价白色工业填料，通过表面纳米化复合实现高性能化和多品种化，对改善下游产品质量和降低成本具有重要意义。本项目以方解石类碳酸钙矿物为研究对象，设计采用Ca(OH)2-方解石-CO2气-液-固三相反应体系，通过对矿物颗粒表面纳米碳酸钙生长机制的影响因素分析与碳化反应动力学研究，解析矿物表面纳米颗粒晶型、粒径与包覆层的控制机理，探索反应过程调控和复合矿物颗粒表面微观结构变化的规律，从而为方解石复合矿物粉体制备工艺参数的合理选定提供可靠的理论依据。

结论摘要：

本项目完成了计划任务书规定的三项研究内容。 通过本项目重新完善了纳米碳酸钙表面包覆反应装置，为深化研究提供了必备的条件。 通过内容之一方解石矿物(GCC)及其他无机非金属矿物颗粒表面纳米颗粒晶形、粒径、包覆层生长机理分析，优化了抑制纳米颗粒晶型生长的有效技术措施。 通过内容之二复合矿物颗粒制备过程反应物变化规律以及均相成核、非均相成核共存的问题，不仅利用计算机模拟了纳米颗粒在矿物颗粒表面包覆的过程，还证实了粒数衡算模型能很好解释气-液-固三相中的反应动力学规律，研究表明粒数衡算模型能很好的适用溶液碳化法制备包覆碳酸钙体系。包覆反应体系形核过程是小尺寸颗粒粒数变化的主导因素，当投入原料的粒度分布与体系稳定粒度分布不一致时，小尺度的颗粒粒数发生振荡现象。大尺寸颗粒的粒数变化则由颗粒生长与碰撞导致的结合、分解过程共同控制，由于形核速率的变化调控作用，颗粒的生长速率基本维持在一个稳定的值，颗粒的碰撞结合与分裂则与外部条件关系很大，如增加搅拌速率，碰撞结合作用将明显下降。 通过内容之三复合粉体在聚合物中的加工流变性能变化规律研究，解析了复合粉体与聚合物界面结合特点。从不同粒径碳酸钙包覆粉体在聚合物体系中的应用效果发现，复合矿物粉体具有许多普通粉体所不具备的特性，复合粉体能够有效改善下游产品的质量，如提高塑料的拉伸强度，改善涂料的遮盖率，增加在纸张中的留着率等。 研究表明利用粒数衡算模型解析气-液-固三相碳化反应动力学过程，确立了搅拌强度是影响形核速率的主要因素，有效地调控了包覆层的生长，达到预期的研究目标，不仅为无机非金属复合矿物粉体的制备及后续复合材料设计提供了可靠的理论依据，而且对复合碳酸钙粉体的工业化奠定了坚实的科学基础。 本研究方向在国家自然科学基金项目的连续支持下已进行了10余年的应用基础研究，形成了完善的工艺理论基础，2012年底得到了国家高技术研究发展计划(863)的立项支持，将开展大型化包覆改性设备及功能性微纳米复合粉体材料的研发。