與普通碳酸鈣相比,納米碳酸鈣有更多的功能,應用也更加廣泛,但也存在缺陷:一方面納米碳酸鈣顆粒粒徑很小,表面上的原子數很多,表面自由能大,粒子處于非熱力學穩定狀態,容易團聚和粘連,從而失去其原來的表面性質;另一方面是納米碳酸鈣是一種無機材料,粒子表面親水疏油,因此與聚合物界面結合力較弱,在油性材料中的應用受到很大局限。
隨著納米碳酸鈣的應用領域不斷擴大,這些缺點更加明顯。為了充分發揮納米碳酸鈣的優勢,改善納米碳酸鈣的性能,必須采用不同的表面改性方法和有效的改性工藝進行表面改性,解決上述的兩大缺陷。
總的來說,納米材料的表面改性主要是改善其三個方面的性質:
一是改善表面的物理化學特性,如吸附、偶聯、催化等方面的特征;
二是相容性,表面改性能夠改善其在各種應用方面的相容性,最主要的是表面的親水親油性;
三是對材料的應用特性也加以改善或延伸。
目前,納米碳酸鈣的改性方法主要有干法表面改性和濕法表面改性兩種工藝,常用的改性劑主要有無機物、偶聯劑、表面活性劑和聚合物等。
1、納米碳酸鈣干法表面改性
干法表面改性是將干燥的納米碳酸鈣放入改性裝置中,然后直接在產品中加入改性劑混合或用少量溶劑稀釋進行噴淋,最后根據需要再進行后續處理。常用的改性劑有鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硼酸酯等。
干法改性的優點是工藝簡單,設備投資小,適用于偶聯劑作為改性劑進行改性處理工藝。缺點是由于納米碳酸鈣比表面積大,表面靜電作用較強,在脫水、干燥過程中容易發生團聚形成較大的二次粒子,所以對納米碳酸鈣表面改性很難均勻。
因此,目前干法改性主要用于填料納米碳酸鈣的改性處理,高品質的產品應用比較少。
2、納米碳酸鈣濕法表面改性
濕法表面改性是將碳酸鈣碳化增濃后,在熟漿溶液中加入改性劑進行表面改性。跟干法表面改性工藝相比,濕法改性的碳酸鈣與表面改性劑作用更均勻,因為碳酸鈣在液相中更易分散。與干法改性相比,產品在質量上具有明顯的優勢,但是工藝過程更復雜,需要更多的改性劑。
濕法改性采用在溶液中易分散的表面活性劑作為改性劑。表面活性劑有很多優點:價格低,品種多,方便易得。
近年來,表面活性劑改性納米碳酸鈣的應用研究越來越多。硬脂酸(鹽)是納米碳酸鈣改性最常用的表面活性劑,納米碳酸鈣經脂肪酸改性后,分散性提高,與有機高分子材料具有較好相容性。用十六烷基二甲基烯丙基氯化銨改性納米碳酸鈣,改性后的納米碳酸鈣用作橡膠填充劑,效果良好。
資料來源:《楊煜莉.改性納米碳酸鈣的制備及其在潤滑油中的應用[D].浙江大學》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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