纳米碳酸钙表面改性技术研究及应用进展

1 引言^[1]

2 纳米碳酸钙的制备工艺^[2]

3 纳米碳酸钙表面改性

3.1表面改性工艺^[1-2-4]

碳酸钙表面改性的方法主要分三种：干法改性、湿法改性和原位表面改性。

3.1.1干法改性

3.2.2偶联剂

偶联剂是两性结构化合物，按其结构可分为硅酸盐类、钛酸酯类、铝酸脂类、硅烷类等。偶联剂分子的一端为极性基团，可以和碳酸钙表面的羟基进行化学反应，形成稳定的化学键；另一端的非极性基团，则包覆在碳酸钙颗粒表面，使其表面亲油化，降低了表面自由能，与树脂相混性提高，将不同性质的材料结合起来，且赋予复合材料较好的物理、机械性能。

4 纳米碳酸钙改性效果评价^[1-9]

式中:n是包覆率；M是颗粒表面的包覆量；q是改性剂分子的分子量；Na是阿伏伽德罗常数；Ao是表面改性剂分子的截面积；SW是被包覆颗粒的比表面积。

4.4粒径及形貌

纳米碳酸钙的粒径及形貌主要取决于其制备过程，因此，在原位改性过程中，液相物浓度、搅拌速率、温度等工艺条件及改性剂种类和浓度都会影响纳米碳酸钙的成核、结晶及生长，通过控制这些因素可以制备不同形貌及尺寸的纳米碳酸钙。

4.5白度

对于涂料、造纸、橡胶、塑料等行业，白度是评价纳米碳酸钙的重要指标。改性后的纳米碳酸钙的白度除了与改性剂的选择有关，还与水分、烘干温度及烘干时间有关，一般情况下，烘干时间越长、温度越高、水分越少，白度就越高。

4.6分散性

纳米碳酸钙可作为填料被广泛应用于橡胶、塑料、造纸等行业中，因此纳米碳酸钙在有机体中的分散性也是一个重要的评价指标，通过对填充后的有机体进行电镜扫描，可直观地观察纳米碳酸钙的分布情况。除了纳米碳酸钙本身的性能及改性效果，其填充的量也是影响分散性的重要因素。

5 纳米碳酸钙应用^[3-6-7]

5.1塑料

纳米碳酸钙的粒径小，分散性好，能减少塑料中的气孔和空隙，使塑料的混合和收缩更均匀，因此可以填充在聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、丙烯腈-丁二烯一苯乙烯共聚物（ABS）等的聚合物中，提高塑料制品尺寸的稳定性、硬度和刚性。

同时活性纳米碳酸钙具有亲油疏水性能，可以大幅度提高制品的韧性、刚性、弯曲强度以及光洁度，改善其耐热性、尺寸稳定性及其它加工性能，能部分取代其它昂贵的填充料及助剂，从而降低产品生产成本。

5.2橡胶

纳米碳酸钙可以应用于轮胎、胶管、胶带以及密封圈、汽车配件等众多橡胶制品中，一般要求粒度小、表面活性高、分散性好。纳米碳酸钙可以提高橡胶强度，硫化胶拉长率、耐屈挠等性能。在实际应用中，纳米碳酸钙的补强作用能超过半补强的炭黑，可以取代立德粉和白炭黑，性价比优势明显。

5.3涂料

纳米碳酸粒子具有空间位阻效应，能够起防沉降作用，同时还赋予涂料优良的切力变稀性能和良好的触变性能。利用纳米碳酸钙空间位阻效应，在制水性乳胶漆中能起到防沉降的作用；利用纳米碳酸钙的“蓝移”现象，将其添加到胶乳中，能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的，还能增加涂料的隔热性。此外，用纳米碳酸钙填充涂料还可以大大提高其柔韧性、硬度、流平性以及光泽度等性能。

5.4胶粘剂/密封胶

纳米碳酸钙与胶黏剂相容性好，可加速胶的交联过程，提升触变性，粘结性、拉伸强度及补强效果。目前，纳米碳酸钙在聚硅氧烷密封胶中的应用技术已比较成熟，在聚氨脂胶中的应用却仍处于起步阶段；而聚氨脂胶因具有优异的粘结性和耐老化性，同时具有硅酮胶不具备的表面可涂饰性，已成为纳米碳酸钙潜力巨大的应用方向之一。

5.5油墨

用纳米碳酸钙配置的油墨，身骨及黏性较好，有较好的印刷性能，稳定性好，光泽度高，不影响油墨自身特性。由于纳米碳酸钙颗粒小，故印品光滑，网点完整，遮盖力强。纳米碳酸钙作为填料，可以使油墨的亮度和光泽度得到提高；在油墨印刷过程中还能表现出良好的吸墨性，有助于提高油墨的快干性能。此外，纳米碳酸钙用于高档油墨，可以提高油墨的附着力，减小油墨对机械的磨损，适于高速印刷。

结语

目前我国纳米碳酸钙的生产规模相对较小，产业存在技术水平落后、资源配置不合理、产业链不够完善等问题。要发展高端橡胶、塑料、油墨、造纸等行业应用的纳米碳酸钙，加快进口产品替代，先进的表面改性技术是重要提升途径。在实际生产和应用中，不同领域及用途对纳米碳酸钙性能的要求不同，所以在改性的过程中，只有充分了解其改性效果的影响因素及评价方法，针对不同领域及产品制定有效、准确的改性方案，得到性能优异的纳米碳酸钙产品。

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