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納米碳酸鈣表面改性方法及原理

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2023-05-05 10:40:20.607

　　由于納米碳酸鈣顆粒表面的親水疏油性以及高表面能特性導(dǎo)致其極易團(tuán)聚，使得納米碳酸鈣在塑料等有機(jī)基體中分散不均，從而影響其在塑料等有機(jī)基體的應(yīng)用效果。因此，納米碳酸鈣作為填充改性材料用于塑料等有機(jī)基體前，須進(jìn)行表面改性，以提高其應(yīng)用效

　　1、納米碳酸鈣表面改性方法
　　納米碳酸鈣的表面改性方法可以分為以下三種：
　?。?）干法改性
　　干法改性是指在干燥的環(huán)境下，將改性劑與納米碳酸鈣粉體進(jìn)行高速混合，在機(jī)械力的作用下，改性劑形成一層薄層均勻地包覆在納米碳酸鈣顆粒表面，改性納米碳酸鈣不用經(jīng)后期處理便可直接使用。干法改性具有工藝簡(jiǎn)單，成本較低，直接包裝，易于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，但是卻存在著改性不均勻，改性效果差且對(duì)改性設(shè)備要求高，較難達(dá)成產(chǎn)業(yè)化等缺陷。
　　顏干才等采用干法改性，將硬脂酸改性的納米碳酸鈣添加到密封膠內(nèi)，成功增強(qiáng)了密封膠的耐水性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
　?。?）濕法改性
　　濕法改性是于一定溫度下，在納米碳酸鈣懸浮液中加入水溶性改性劑進(jìn)行水浴加熱攪拌改性，使之充分接觸混合均勻，再經(jīng)洗滌、干燥、烘干得到改性納米碳酸鈣。相比干法改性，濕法改性能夠很好地讓改性劑與納米碳酸鈣顆粒表面發(fā)生反應(yīng)，改性效果較好，且易控制操作反應(yīng)過(guò)程，改性劑損耗降低。
　　Tang等采用鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)行濕法改性。結(jié)果表明，未改性的納米碳酸鈣有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，改性后納米碳酸鈣的分散性大大提高，且具有親水性和親脂性。在納米碳酸鈣表面改性的基礎(chǔ)上，制備了納米碳酸鈣復(fù)合涂料。經(jīng)流變性能實(shí)驗(yàn)證明，改性納米碳酸鈣復(fù)合涂料的動(dòng)態(tài)彈性儲(chǔ)能模量和粘損模量均高于未改性納米碳酸鈣復(fù)合涂料，這也說(shuō)明表面改性是實(shí)現(xiàn)納米碳酸鈣在涂料中有效應(yīng)用的關(guān)鍵因素。
　?。?）原位表面改性
　　原位表面改性是指將納米碳酸鈣制備及其表面改性兩個(gè)步驟在原位同步完成。即在化學(xué)法合成溶液體系中加入表面改性劑，在納米顆粒形成之前引入改性劑，在納米碳酸鈣顆粒長(zhǎng)大的過(guò)程中，提供充足作用力抑制其生長(zhǎng)，同時(shí)也能起到防止顆粒團(tuán)聚的作用，最終獲得改性納米碳酸鈣。原位表面改性能有效的改善粒子團(tuán)聚問(wèn)題，同時(shí)改性劑作為有機(jī)物質(zhì)不僅改變納米碳酸鈣的表面性能而且對(duì)納米碳酸鈣的成核與生長(zhǎng)起到調(diào)控作用。
　　Yang等為了獲得具有良好理化性能和抗菌性能的殼聚糖（CS）涂料，采用原位表面改性法對(duì)納米碳酸鈣和納米TiO2進(jìn)行改性，添加到CS涂料中。結(jié)果表明改性納米碳酸鈣/TiO2可以提高CS涂層的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。且納米碳酸鈣/TiO2/CS涂層能有效降低細(xì)胞酶活性，影響菌體蛋白的合成和表達(dá)。
　　2、納米碳酸鈣表面改性原理
　　目前，納米碳酸鈣表面改性相對(duì)成熟的理論主要有以下四種：
　?。?）化學(xué)鍵理論
　　化學(xué)鍵理論認(rèn)為，改性劑兩端含有親水官能團(tuán)和親油官能團(tuán)，與納米碳酸鈣分子間形成化學(xué)鍵，從而和有機(jī)分子充分鍵合，依靠有機(jī)分子間的相互作用力，有效的改善粒子團(tuán)聚問(wèn)題，起到防止顆粒團(tuán)聚的作用。
　?。?）表面浸潤(rùn)理論
　　表面浸潤(rùn)理論認(rèn)為，若納米碳酸鈣顆?？梢詮氐妆挥袡C(jī)液態(tài)樹(shù)脂浸潤(rùn)，則有機(jī)基體對(duì)納米碳酸鈣表面的吸附作用，可以提高納米碳酸鈣與有機(jī)基體的黏結(jié)強(qiáng)度。
　?。?）可變形層理論
　　可變性形層理論認(rèn)為，改性納米碳酸鈣表面可能存在較優(yōu)的吸引有機(jī)基體中的配合劑，納米碳酸鈣有機(jī)基體間的不均衡固化，也許會(huì)引起比改性劑在兩相間的單分子層還要厚的樹(shù)脂層，也就是我們討論的可變形層，它不僅有松弛兩相間界面張力的作用，還可以通過(guò)阻止其裂縫的延展，起到提高界面結(jié)合強(qiáng)度的作用。
　?。?）約束層理論
　　約束層理論認(rèn)為，由于納米碳酸鈣模量較高，而聚合物材料模量較低，若兩者之間的界面層中存在模量相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)，就可以避免因應(yīng)力集中而造成的界面缺陷，從而提高復(fù)合材料的性能。