纳米碳酸钙表面改性研究进展.doc

纳米碳酸钙表面改性研究进展 班级：S1467 姓名： 学号：201421801014 1 前言 纳米碳酸钙是指粒径在1~100 nm之间的碳酸钙产品。纳米碳酸钙是一种十分重要的功能性无机填料，被广泛地应用在塑料、橡胶、涂料和造纸等工业领域。由于碳酸钙粒子的超细化，其晶体结构和表面电子结构发生变化，产生了普通碳酸钙所不具有的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，显示了它优越的性能。 在塑料加工过程中添加纳米碳酸钙，不仅可以增加塑料制品的致密性，提高使用强度，而且还可以提高塑料薄膜的透明度、韧性、防水性、抗老化性等性能。在造纸工业中，碳酸钙用作造纸填料白度高，可大大改善纸张的性能，由于替代了价格较高的高岭土，使造纸厂获得明显的经济效益。纳米碳酸钙用在高级油墨、涂料中具有良好的光泽、透明、稳定、快干等特性。另外，在医药、化妆品等行业纳米碳酸钙也得到广泛应用，从而开辟了更广阔的应用领域[1,2]。 但是在用作橡胶和塑料制品填料时，由于纳米碳酸钙具有粒度小、表面能高、极易团聚、表面亲水疏油和强极性的特点，在有机介质中分散不均匀，与基料结合力较弱，容易造成基料和填料之间的界面缺陷。因此，为降低纳米碳酸钙表面高势能、调节疏水性、提高与基料之间的润湿性和结合力、改善材料性能，必须对纳米碳酸钙进行表面改性[3]。 2 改性方法 目前用于表面改性的方法主要有:局部化学反应改性、表面包覆改性、胶囊化改性(微乳液改性)、高能表面改性及机械改性法[4]。 2.1 局部化学反应改性 局部化学反应改性方法主要利用纳米碳酸钙表面的官能团与处理剂间进行化学反应来达到改性的目的。局部化学反应改性主要有干法和湿法两种工艺[5]。湿法是将表面改性剂投入到碳酸钙悬浮液中，在一定温度下让表面改性剂和碳酸钙粉末混合均匀，形成表面改性剂包覆碳酸钙粉末的双膜结构，效果较好，但工艺繁杂。水溶性的表面活性剂较适合湿法改性工艺，因为表面活性剂同时具有亲水基团和亲油基团，亲水基团与碳酸钙有亲和性，亲油基团与橡胶有亲和性，当表面活性剂处于碳酸钙和橡胶之间时，二者紧密地结合，这类水溶性表面活性剂主要是高级脂肪酸及其盐[6]。干法则是直接将碳酸钙粉末与表面改性剂直接投入高速捏合机中进行捏合，简单易行，出料后可直接包装，易于运输出料。这种方法得到的碳酸钙粉末表面不太均匀，适用于对碳酸钙粉末要求不高的场合，但处理方法简单易行，因而得到广泛应用。干法较适合于钛酸脂、铝酸脂、磷酸脂等偶联剂[7]。局部化学反应的改性剂主要有偶联剂、无机物、有机物等。 2.2 表面包覆改性[8] 表面包覆改性指表面改性剂与纳米碳酸钙表面无化学反应，包覆物与颗粒之间依靠物理方法或范德瓦耳斯力而连接的改性方法。在制备纳米碳酸钙的溶液中加入表面活性剂，纳米碳酸钙生成的同时，表面活性剂包覆在其表面，形成均匀的纳米颗粒。此种方法可有效改善纳米碳酸钙的分散性。 2.3 胶囊化改性 胶囊化改性又称微乳液改性，此种方法是在纳米碳酸钙表面包上一层其他物质的膜，使粒子表面的特性发生改变。与表面包覆改性不同的是包覆的膜是均匀的。 2.4 高能表面改性 高能表面改性包括高能射线(γ 射线、χ 射线等)、等离子体处理几种方法[9]。 辐照处理改性法是使用电子加速器产生的高能辐射对CaCO3进行表面激活，再将表面产生活性点的粉体与单体反应，在 CaCO3颗粒表面形成一层有机包覆层，从而改善填料的表面性质及与高分子材料的相容性，达到改性的目的。按照辐照过程中是否添加单体，纳米 CaCO3的表面辐照改性可分为纳米 CaCO3的预辐照及纳米 CaCO3和单体的共辐照2种。 等离子体改性法主要是采用辉光放电等离子体系统，并用一种或多种气体为等离子体处理气体。等离子体对 CaCO3粉体的表面改性主要是利用等离子体聚合技术。等离子体聚合技术是通过激励活化有机化合物单体，形成气相自由基，当气相自由基吸附在固体表面时，形成表面自由基，表面自由基与气相原始单体或等离子体中产生的衍生单体在表面发生聚合反应，生成大分子量的聚合物薄膜包覆在 CaCO3表面，从而改变其表面性质，达到改性目的。但是高能改性法技术复杂、成本较高、生产能力小、改性效果不稳定，因此应用比较少。 2.5 机械化学改性法[10] 机械化学改性是利用超细粉碎及其他强烈机械力作用有目的地激活粒子表面，以改变其表面晶体结构和物理化学结构，使分子晶格发生位移，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。机械化学改性法对于大颗粒的 CaCO3比较有效，由于纳米 CaCO3粒径很小，再通过机械的粉碎、研磨等方法并不能取得很好的效果。但机械化学改性可增加纳米 CaCO3表面的活性点和活性基团，增强与有机表面改性剂的作用，因此如能结合其他改性方法也可有效改