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源磊小知识 | 纳米碳酸钙改性剂的种类

发布时间:

2024-01-29 09:34

对纳米碳酸钙进行表面改性,不仅可增加碳酸钙与高聚物的界面亲和性,还可定性地吸附在纳米碳酸钙表面,形成电荷排斥作用,使其不易聚合并具有更好的稳定性、润湿性和分散性。

表面改性的机理在于碳酸钙内部的结构、成分,以及碳酸钙表面基团的数量、种类和活性的影响,而表面处理的方式、表面处理剂的种类和活化过程也起到一定的作用。

目前,纳米碳酸钙常用的表面改性剂主要有:偶联剂类、聚合物、表面活性剂、无机物以及复合使用无机物和有机物等。

 

 

表面活性剂

(1)钛酸酯偶联剂

钛酸酯偶联剂分为单烷氧型、和配位型及螯合型,为了提高其反应的均匀性,需采用惰性溶剂进行溶解和稀释,然后以喷雾形式加入表面改性机,可以更好地与碳酸钙颗粒进行分散混合以及表面化学包覆。

钛酸酯改性效果好,但因其颜色为棕色,改性后会影响产品的白度,且价格贵、可能会危害人体健康。

(2)铝酸酯偶联剂

铝酸酯改性后的碳酸钙能较好分散于有机介质中,力学性能得到改善,并且能提高产品的物理机械性能和加工性能,在填充塑料等制品中广泛应用。

铝酸酯具有颜色浅、无毒、热分解的温度高、价格低廉、包装运输方便等特点,但易水解、不能用于湿法表面改性工艺。

(3)硼酸酯偶联剂

硼酸酯偶联剂具有无毒,抑菌,偶联功能优异,热稳定性能好,良好的抗水解能力的优点。因此硼酸酯不仅用于干法表面改性工艺,也可用于湿法改性处理。

(4)脂肪酸(盐)

利用脂肪酸改性后的纳米碳酸钙分散性变高、与有机高分子材料具有较好相容性。硬脂酸(盐)是碳酸钙改性最常用、十分廉价的表面改性剂。

(5)磷酸酯(盐)和缩合磷脂

用磷酸酯改性的纳米碳酸钙应用于复合材料中,不仅能提高材料的加工性能和机械性能,而且能改善耐酸性和阻燃性。

采用缩合磷酸(偏磷酸或焦磷酸)对碳酸钙粉体进行表面改性,可克服碳酸钙粉体耐酸性差、表面pH高等缺点。改性后产品的pH为5.0~8.0(改性前pH为9.0~10.5),难溶于醋酸等弱酸中,耐酸性较好。

(6)季胺盐类

季胺盐类是一种阳离子表面活性剂,其分子的一端可以和高分子材料发生交联,另一端带正电可以在碳酸钙表面发生静电吸附。

(7)反应性单体、活性大分子

反应性单体中带有不饱和键的小分子羧酸能与纳米碳酸钙作用,分散纳米碳酸钙;利用其反应性(不饱和键)可与聚烯烃发生接枝,形成接枝物,强化纳米碳酸钙与聚合物间的界面作用。

活性大分子中带有的大分子能在碳酸钙表面发生作用,改善其与有机高分子材料间的亲和力和分散性。

(8)聚合物

常用的聚合物主要有低聚物、高聚物和水溶性高分子。聚合物可在碳酸钙表面进行定向吸附,使碳酸钙具有电荷特性并在碳酸钙粒子表面形成物理或化学吸附层,增大粒子之间的距离,防止碳酸钙粒子间粘连团聚,进而改善分散性。

(9)超分散剂

超分散剂主要由溶剂段和锚固段组成,其锚固段一般为极性基团,可以单点锚固或多点锚固的形式紧密结合于颗粒表面;溶剂段极性各异,分别适用于不同极性的聚合物改性。

(10)无机物

无机物改性剂能改善纳米碳酸钙的分散性与耐酸性,常用的主要有偏磷酸(盐)、多聚磷酸(盐)、铝酸(盐)、明矾、钡盐等。

无机电解质吸附在碳酸钙粒子表面,一方面能提高其表面的电位值并诱发空间位阻效应,产生双电层静电排斥作用,因而能改善粒子的分散性;另一方面,由于空间位阻作用使得氢离子无法接触到内层碳酸钙粒子,显著提高其耐酸性。

 

 

偶联剂

偶联剂中的亲水极性基团可以与碳酸钙表面的羟基等多种基团反应,如与碳酸钙表面的羟基,形成强大的化学键,另一些疏水的非极性基团则可以与高聚物发生化学反应,或物理缠绕,凭借于偶联剂的单分子层的架桥作用,或将其包裹在碳酸钙表面,使其显示出亲油性的特征,从而把矿物和生物体两种差别极大的物质牢固地结合在一起。

目前,纳米碳酸钙表面改性所用的偶联剂主要有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂。

聚合物改性剂

用聚合物对碳酸钙表面改性的机理大致有两种:其一是单体经聚合反应形成极薄的聚合物膜层并吸附于碳酸钙表面;其二是将溶于某种溶剂的聚合物包覆于碳酸钙表面,防止溶剂在表面优先形成包膜,通过物理、化学吸附在其表面形成保护层,防止碳酸钙颗粒团聚结块,改善其分散性能。

无机物改性剂

呈碱性的碳酸钙容易在酸性环境中被分解,极大限制了它的应用,为扩大它的应用范围,常用缩合磷酸、铝酸钠、二氧化硅等耐酸性无机物处理碳酸钙。采用无机电解质分散剂吸附纳米碳酸钙,不仅可显著增加纳米碳酸钙表面电位的绝对值,产生较强的静电排斥效应,另外吸附层产生的较强空间排斥效应也会有助于后续与基体的相容。并且无机电解质通过增强填料表面对水的亲和程度,从而有效地抑制填料在水中的团聚。

不同改性剂的复配

当使用两种改性剂进行复配时,就要考虑两种改性剂的复配比例,使它们对碳酸钙进行包覆时产生协同作用,这样才能达到最佳的改性效果。

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