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源磊小知识 | 纳米碳酸钙表面改性技术

发布时间:

2024-01-29 09:34

纳米碳酸钙是20世纪80年代发展起来的一种新型超细固体粉末材料,其粒度介于0.01~0.1μm之间。由于纳米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量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应。

由于纳米碳酸钙颗粒表面的亲水疏油性以及高表面能特性导致其极易团聚,使得纳米碳酸钙在塑料等有机基体中分散不均,从而影响其在塑料等有机基体的应用效果。因此,纳米碳酸钙作为填充改性材料用于塑料等有机基体前,须进行表面改性,以提高其应用效果。

 

 

表面性方法

一、干法改性

干法改性是指在干燥的环境下,将改性剂与纳米碳酸钙粉体进行高速混合,在机械力的作用下,改性剂形成一层薄层均匀地包覆在纳米碳酸钙颗粒表面,改性纳米碳酸钙不用经后期处理便可直接使用。常用的表面改性剂为偶联剂,借助偶联剂在纳米碳酸钙表面与有机高分子材料之间形成分子桥,从而使它们的相容性得到极大改善;此外使用偶联剂还可增大填料的用量,改善体系的流变性能。

干法表面改性的特点是工艺简单,配方可灵活掌握;将碳酸钙表面处理与下游工序串联起来,生产效率高,且成本低、易于运输,但是却存在着改性不均匀,改性效果差且对改性设备要求高,较难达成产业化等缺陷。

干法表面改性的注意事项:要有快速的搅拌,以使偶联剂快速包覆于每一粒碳酸钙颗粒;改性温度要适宜,以利于包覆反应的进行;羟基的来源问题,如果碳酸钙中水分含量较高,则偶联剂将先与水反应,而不是与碳酸钙表面的羟基反应,这就无法达到表面改性的目的。因此,必须保证快速分布、适宜温度和不含水分这3个基本条件,才能发挥出偶联剂的作用。

二、湿法改性

湿法改性是于一定温度下,在纳米碳酸钙悬浮液中加入水溶性改性剂进行水浴加热搅拌改性,使之充分接触混合均匀,再经洗涤、干燥、烘干得到改性纳米碳酸钙。

利用碳酸钙在液相中比在气相中更易分散、且加入分散剂后分散效果更好的特点,使碳酸钙颗粒与表面改性剂分子的作用更均匀。

碳酸钙颗粒经湿法改性处理后,其表面能降低,即使经压滤、干燥后形成二次粒子,也仅形成结合力较弱的软团聚,有效地避免了干法改性中因化学键氧桥的生成而导致的硬团聚现象。湿法改性工艺比干法改性工艺更加复杂,表面改性剂的用量也稍多,但在质量方面却具有明显的优势。

三、原位表面改性

原位表面改性是指将纳米碳酸钙制备及其表面改性两个步骤在原位同步完成。即在化学法合成溶液体系中加入表面改性剂,在纳米颗粒形成之前引入改性剂,在纳米碳酸钙颗粒长大的过程中,提供充足作用力抑制其生长,同时也能起到防止颗粒团聚的作用,最终获得改性纳米碳酸钙。原位表面改性能有效的改善粒子团聚问题,同时改性剂作为有机物质不仅改变纳米碳酸钙的表面性能而且对纳米碳酸钙的成核与生长起到调控作用。

四、纳米碳酸钙表面改性新技术

1.母料填料改性

母料填料是一种新型填料,通过将一定比例的树脂母料、碳酸钙及表面活性剂混合,制得母粒填料的同时对碳酸钙进行表面改性。根据所用基体树脂的不同,常见的母料填料主要有聚乙烯蜡碳酸钙母粒、无规则聚丙烯碳酸钙母粒(APP母料)和树脂碳酸钙母粒填料等。

2.高能表面改性

利用等离子体或高能射线(如X射线、γ射线等)进行改性的一种方法。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,首先使单体活化产生气相自由基,然后吸附在固体表面成为表面自由基,进而与等离子体或气相原始单体发生聚合反应,在碳酸钙表面形成聚合物薄膜,达到改性。

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