碳酸鈣離不開表面改性

前言：由于納米碳酸鈣的表面效應(yīng)和親水疏油性，使未改性的納米碳酸鈣在應(yīng)用到有機(jī)高聚物的過程中出現(xiàn)分散性、親和度差、易團(tuán)聚等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，導(dǎo)致兩種材料間出現(xiàn)界面缺陷，并且納米碳酸鈣填充量愈高，這些缺點(diǎn)愈加明顯，過量填充甚至可能破壞材料原有的性能。
所以納米碳酸鈣一般不直接應(yīng)用。而經(jīng)表面改性處理后的納米碳酸鈣經(jīng)粒子通常形成“軟團(tuán)聚”，而這種“軟團(tuán)聚”可通過機(jī)械剪切和超聲波振蕩解開，應(yīng)用過程中，稍加處理即可。所以，對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)行表面改性意義非凡。

納米碳酸鈣改性劑種類
納米碳酸鈣的改性途徑通常主要采用接枝、偶聯(lián)反應(yīng)，根據(jù)結(jié)構(gòu)與特性的差異，可以將改性劑劃分為表面活性劑、偶聯(lián)劑、聚合物和無機(jī)物。

表面活性劑

目前應(yīng)用較多的表面活性劑有脂肪酸、磷酸酯及子化合物等。

脂肪酸改性劑分子一端的長(zhǎng)鏈烷基結(jié)構(gòu)和高聚物相似，根據(jù)相似形容原理，他們能較好的與高聚物基體相容；分子另一端的羧基等極性基團(tuán)，可以在無機(jī)物（如納米碳酸鈣）表面發(fā)生物理或化學(xué)吸附。

磷酸酯主要是通過磷酸根離子與鈣離子反應(yīng)生成磷酸鹽包覆在碳酸鈣表面進(jìn)行改性，來改善納米碳酸鈣表面親油疏水性能。

子化合物通過控制納米顆粒的粒徑改變其表面狀態(tài)進(jìn)行改性，含有磺酸基團(tuán)或羧酸基團(tuán)的子化合物可作為改性劑使用，大多是一些可電離的基團(tuán)。

偶聯(lián)劑

偶聯(lián)劑是通過分子中的兩種基團(tuán)分別與碳酸鈣表面的官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞將碳酸鈣與有機(jī)體兩種性質(zhì)迥異的材料結(jié)合起來進(jìn)行改性的，通過納米碳酸鈣表面分子橋，提高了納米碳酸鈣與有機(jī)材料的相容性。

鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑是目前應(yīng)用較為普遍的偶聯(lián)劑類納米碳酸鈣改性劑。

聚合物與無機(jī)物

聚合物是通過定向吸附在碳酸鈣的表面形成物理或化學(xué)吸附層并使其具有電荷特性，來阻止碳酸鈣粒子團(tuán)聚結(jié)塊達(dá)到改善分散性目的的一類改性劑。

無機(jī)電解質(zhì)作為改性劑吸附在納米碳酸鈣表面，能夠提高納米碳酸鈣表面電位的值，同時(shí)納米碳酸鈣表面與水的潤(rùn)濕程度也得到了增強(qiáng)，一定程度上阻止了納米碳酸鈣在水中的聚集。

常用無機(jī)電解質(zhì)改性劑有鋁酸鈉、硅酸鈉、明礬、縮合磷酸等。

納米碳酸鈣改性方法
目前用于納米碳酸鈣表面改性的方法主要有：局部化學(xué)反應(yīng)改性、表面包覆改性、微乳液改性、機(jī)械改性及高能表面改性。

局部化學(xué)反應(yīng)改性

局部化學(xué)反應(yīng)改性方法主要通過納米碳酸鈣表面官能團(tuán)與改性劑間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來達(dá)到改性目的，分為干法和濕法兩種工藝。

干法改性：干法改性是將納米碳酸鈣加入高速捏合機(jī)中，旋轉(zhuǎn)、加熱，加熱到一定溫度時(shí)加入表面改性劑、進(jìn)行捏合改性。干法改性采用物理共混方法，工藝較簡(jiǎn)單，但是由于納米碳酸鈣的粒徑很小，在40-60nm之間，有較大的比表面積、靜電，極易凝成較大的顆粒、團(tuán)聚，使納米碳酸鈣粒子活化度變低，分散性差，故改性效果不理想。

濕法改性：濕法改性是在碳化后期把表面改性劑加至納米碳酸鈣懸浮液中進(jìn)行表面處理，在一定溫度、攪拌條件下完成表面改性。濕法改性為碳酸鈣的生產(chǎn)廠家所采用，其工藝流程為：

1.制備一定質(zhì)量的Ca(OH)2懸浮液，加熱、攪拌條件下加入適量的晶型控制劑，然后通入CO2和N2的混合氣體，進(jìn)行碳化，采用滴定法測(cè)定碳化率測(cè)定碳化率；

2.在納米碳酸鈣懸浮液中加入適量的表面改性劑，充分?jǐn)嚢?，使表面改性劑均勻的包覆于納米碳酸鈣表面；

3.經(jīng)抽濾、干燥、粉碎、過篩得到濕法改性的納米碳酸鈣粒子。

表面包覆改性方法

是指表面改性劑和納米碳酸鈣表面之間僅依靠范德瓦耳斯力或物理方法連接卻沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的改性方法。

這種方法可以在制備納米碳酸鈣的同時(shí)在溶液中加入表面活性劑，達(dá)到制備和改性同步進(jìn)行的目的，因?yàn)楸砻婊钚詣┑拇嬖谑惯@種方法生產(chǎn)出來的碳酸鈣分散性能得到很好的改善。

微乳液改性方法

微乳液改性方法又稱膠囊化改性，這種方法是通過在納米碳酸鈣表面包上一層其他物質(zhì)的膜，改變粒子表面固有特性來進(jìn)行改性的。

此法雖然和表面包覆改性方法類似，但是這種方法改性后包在納米碳酸鈣表面的一層膜相對(duì)表面包覆改性的較為均勻。

機(jī)械化學(xué)改性方法

機(jī)械化學(xué)改性方法是利用強(qiáng)烈機(jī)械力作用有目的的粒子表面，使分子晶格發(fā)生位移，來改變其物理化學(xué)結(jié)構(gòu)和表面晶體結(jié)構(gòu)，提高粒子與有機(jī)物或無機(jī)物的反應(yīng)活性的改性方法。

對(duì)于大顆粒的碳酸鈣這種改性方法非常有效，就納米級(jí)碳酸鈣來說，由于其本身粒徑很小，通過機(jī)械粉碎、研磨的機(jī)械化學(xué)改性方法就不再能發(fā)揮出優(yōu)異的改性效果。

充分發(fā)揮納米粒子的納米效應(yīng)，改善納米粒子的表面性質(zhì)，提高納米粒子在基體中的分散性、相容性，制備性能優(yōu)異的復(fù)合材料，將會(huì)拓寬材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

納米碳酸鈣作為碳酸鈣領(lǐng)域的產(chǎn)品，隨著我國(guó)納米碳酸鈣質(zhì)量的提高，成本在不斷降低，現(xiàn)在不僅能替代進(jìn)口，而且開始出口到國(guó)際市場(chǎng)，相信國(guó)產(chǎn)納米碳酸鈣的市場(chǎng)前景將越發(fā)壯闊。