碳酸鈣離不開表面改性

前言：由于納米碳酸鈣的表面效應和親水疏油性，使未改性的納米碳酸鈣在應用到有機高聚物的過程中出現(xiàn)分散性、親和度差、易團聚等缺點，嚴重影響產品的質量，導致兩種材料間出現(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用。而經表面改性處理后的納米碳酸鈣經粒子通常形成“軟團聚”，而這種“軟團聚”可通過機械剪切和超聲波振蕩解開，應用過程中，稍加處理即可。所以，對納米碳酸鈣進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，根據(jù)結構與特性的差異，可以將改性劑劃分為表面活性劑、偶聯(lián)劑、聚合物和無機物。

表面活性劑

目前應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鏈烷基結構和高聚物相似，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，可以在無機物（如納米碳酸鈣）表面發(fā)生物理或化學吸附。

磷酸酯主要是通過磷酸根離子與鈣離子反應生成磷酸鹽包覆在碳酸鈣表面進行改性，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)進行改性，含有磺酸基團或羧酸基團的子化合物可作為改性劑使用，大多是一些可電離的基團。

偶聯(lián)劑

偶聯(lián)劑是通過分子中的兩種基團分別與碳酸鈣表面的官能團發(fā)生化學反應或物理纏繞將碳酸鈣與有機體兩種性質迥異的材料結合起來進行改性的，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吸附層并使其具有電荷特性，來阻止碳酸鈣粒子團聚結塊達到改善分散性目的的一類改性劑。

無機電解質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，同時納米碳酸鈣表面與水的潤濕程度也得到了增強，一定程度上阻止了納米碳酸鈣在水中的聚集。

常用無機電解質改性劑有鋁酸鈉、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：局部化學反應改性、表面包覆改性、微乳液改性、機械改性及高能表面改性。

局部化學反應改性

局部化學反應改性方法主要通過納米碳酸鈣表面官能團與改性劑間發(fā)生化學反應來達到改性目的，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中，旋轉、加熱，加熱到一定溫度時加入表面改性劑、進行捏合改性。干法改性采用物理共混方法，工藝較簡單，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廠家所采用，其工藝流程為：

1.制備一定質量的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，進行碳化，采用滴定法測定碳化率測定碳化率；

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

3.經抽濾、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)生化學反應的改性方法。

這種方法可以在制備納米碳酸鈣的同時在溶液中加入表面活性劑，達到制備和改性同步進行的目的，因為表面活性劑的存在使這種方法生產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的膜，改變粒子表面固有特性來進行改性的。

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表面包覆改性的較為均勻。

機械化學改性方法

機械化學改性方法是利用強烈機械力作用有目的的粒子表面，使分子晶格發(fā)生位移，來改變其物理化學結構和表面晶體結構，提高粒子與有機物或無機物的反應活性的改性方法。

對于大顆粒的碳酸鈣這種改性方法非常有效，就納米級碳酸鈣來說，由于其本身粒徑很小，通過機械粉碎、研磨的機械化學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，改善納米粒子的表面性質，提高納米粒子在基體中的分散性、相容性，制備性能優(yōu)異的復合材料，將會拓寬材料的應用領域。

納米碳酸鈣作為碳酸鈣領域的產品，隨著我國納米碳酸鈣質量的提高，成本在不斷降低，現(xiàn)在不僅能替代進口，而且開始出口到國際市場，相信國產納米碳酸鈣的市場前景將越發(fā)壯闊。