納米碳酸鈣表面改性方法及原理
時間:
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致其極易團聚，使得納米碳酸鈣在塑料等有機基體中分散不均，從而影響其在塑料等有機基體的應用效果。因此，納米碳酸鈣作為填充改性材料用于塑料等有機基體前，須進行表面改性，以提高其應用效
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：
（1）干法改性
干法改性是指在干燥的環境下，將改性劑與納米碳酸鈣粉體進行高速混合，在機械力的作用下，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后期處理便可直接使用。干法改性具有工藝簡單，成本較低，直接包裝，易于運輸等優點，但是卻存在著改性不均勻，改性效果差且對改性設備要求高，較難達成產業化等缺陷。
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，成功增強了密封膠的耐水性和儲存穩定性。
（2）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行水浴加熱攪拌改性，使之充分接觸混合均勻，再經洗滌、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生反應，改性效果較好，且易控制操作反應過程，改性劑損耗降低。
Tang等采用鋯鋁酸鹽偶聯劑對納米碳酸鈣進行濕法改性。結果表明，未改性的納米碳酸鈣有明顯的團聚現象，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上，制備了納米碳酸鈣復合涂料。經流變性能實驗證明，改性納米碳酸鈣復合涂料的動態彈性儲能模量和粘損模量均高于未改性納米碳酸鈣復合涂料，這也說明表面改性是實現納米碳酸鈣在涂料中有效應用的關鍵因素。
（3）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步驟在原位同步完成。即在化學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大的過程中，提供充足作用力抑制其生長，同時也能起到防止顆粒團聚的作用，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聚問題，同時改性劑作為有機物質不僅改變納米碳酸鈣的表面性能而且對納米碳酸鈣的成核與生長起到調控作用。
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納米碳酸鈣和納米TiO2進行改性，添加到CS涂料中。結果表明改性納米碳酸鈣/TiO2可以提高CS涂層的拉伸強度和斷裂伸長率。且納米碳酸鈣/TiO2/CS涂層能有效降低細胞酶活性，影響菌體蛋白的合成和表達。
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成熟的理論主要有以下四種：
（1）化學鍵理論
化學鍵理論認為，改性劑兩端含有親水官能團和親油官能團，與納米碳酸鈣分子間形成化學鍵，從而和有機分子充分鍵合，依靠有機分子間的相互作用力，有效的改善粒子團聚問題，起到防止顆粒團聚的作用。
（2）表面浸潤理論
表面浸潤理論認為，若納米碳酸鈣顆粒可以徹底被有機液態樹脂浸潤，則有機基體對納米碳酸鈣表面的吸附作用，可以提高納米碳酸鈣與有機基體的黏結強度。
（3）可變形層理論
可變性形層理論認為，改性納米碳酸鈣表面可能存在較優的吸引有機基體中的配合劑，納米碳酸鈣有機基體間的不均衡固化，也許會引起比改性劑在兩相間的單分子層還要厚的樹脂層，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，還可以通過阻止其裂縫的延展，起到提高界面結合強度的作用。
（4）約束層理論
約束層理論認為，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的物質，就可以避免因應力集中而造成的界面缺陷，從而提高復合材料的性能。
