纳米碳酸钙铝酸酯湿法表面改性技术的研究
铝酸酯本身既是偶联剂，也可做分散剂、湿润剂、粘合剂、交联剂， 应用范围很广。与其它偶联剂（如钛酸酯、硼酸酯等）相比，铝酸酯具有 与碳酸钙表面反应活性大、色浅、无毒、对 PVC 的协同热稳定性和润滑 性、味小、热分解温度高（300℃）、价格低廉（约为钛酸酯的一半）、使用 时无需溶解稀释等优点。大量替代钛酸酯偶联剂成为趋势，使铝酸酯 已经成为碳酸钙改性用量最大的偶联剂之一。但铝酸酯易水解，目前 只局限于干法表面改性之中。
Байду номын сангаас
磨粉在磨粉机中完成。最后进行产品的性能检验，主要是活性度、白度 的检测。
技术路线如下图所示：
图 1 纳米碳酸钙的制备及湿法改性技术路线图 三、纳米碳酸钙铝酸酯湿法改性技术研究成果及分析
紧紧围绕纳米碳酸钙、铝酸酯与湿法改性技术的主题，探讨了纳米 碳酸钙铝酸酯湿法改性技术的工艺流程与工艺条件，采用复合改性的 方法较好地解决了铝酸酯易水解的核心技术问题。本课题主要研究了 硬酯酸钠－铝酸酯－硬酯酸三元复合配方、硬酯酸钠－铝酸酯－硅烷 两个复合配方，研究了相应的工艺参数。主要研究如下表（表中表面活 性剂用量以纳米碳酸钙干粉为基准）：
二、纳米碳酸钙铝酸酯湿法改性技术研究的主要内容
通过前期的实验探索，发现铝酸酯对纳米碳酸钙的湿法改性技术 基本是可行的，通过本课题的深入研究获得更加准确的工艺流程、工艺 配方和工艺参数，在能耗大小、质量优劣等方面与干法改性产品进行全 面对比，使铝酸酯对纳米碳酸钙的湿法改性技术更加成熟。铝酸酯虽 然易水解，但根据酯类水解原理可在溶液中添加一种助剂或采用复合 配方改性的方法来抑制其水解。本研究的创新之处是首次将比较廉价 的铝酸酯应用于纳米碳酸钙湿法改性领域，这对降低纳米碳酸钙的表 面改性成本，提高改性纳米碳酸钙的质量都具有重要意义。
一、综述
纳米碳酸钙直接用于有机塑料、橡胶、涂料等高分子基质中存在两 个致命的缺陷：一是分子间力、静电作用、氢键、氧桥等引起碳酸钙粉体 的团聚；二是纳米碳酸钙为亲水性无机化合物，其表面有亲水性较强的 羟基，呈强碱性，使其与聚合物的亲和性变差，易形成团聚体，造成在高 聚物中分散不均匀，导致两种材料间界面缺陷，根本不能体现出纳米碳 酸钙的纳米效应。
1.0
0.6
0.6
1.0
0.6
4
活性度/%
96%
97%
配方/% 0.6
1.5
0.6
0.6
1.5
0.6
5
活性度/%
98%
99%
配方/% 0.6
2.0
0.6
0.6
2.0
0.6
6
活性度/%
98%
99%
配方/% 0.7
1.0
0.7
0.6
1.0
0.7
7
活性度/%
96%
97%
配方/% 0.7
1.5
0.7
0.6
1.5
表 1 三元复合配方实验结果
序号 项目
硬酯酸钠－铝酸酯 －硬酯酸
硬酯酸钠－铝酸酯 －硅烷
配方/% 0.5
1.0
0.5
0.5
1.0
0.5
１
活性度/%
95%
96%
配方/% 0.5
1.5
0.5
0.5
1.5
0.5
２
活性度/%
97%
98%
配方/% 0.5
2.0
0.5
0.5
2.0
0.5
３
活性度/%
98%
99%
配方/% 0.6
首先是查阅资料，确定研究实验方案，准备仪器药品，然后利用学 生做毕业设计的机会完成实验研究。
研究方法：实验法与对比法。 ①主要仪器有马弗炉，压缩空气钢瓶；压缩二氧化碳钢瓶；电动搅 拌器；酸度计；温度计；2500mL 烧杯；真空抽滤装置；恒温干燥箱；磨粉 机；标准筛；显微镜。 ②主要实验药品有铝酸酯，生石灰，硫酸，双氧水，氢氧化钠，硬酯 酸，冰水，蔗糖，三聚磷酸钠。 ③实验操作过程： 消化过程：消化反应器中装有 500ml 热水，并开启搅拌装置和装好 温度计，然后快速称取 100g 生石灰，依次加入消化反应器中，直至温度 计指示的温度不再上升为止。再停止搅拌，静置自然冷却至常温；最后 用标准筛过筛，过滤的浆液陈化 24h 之后备用。 碳化过程：将上述滤液转移入碳化反应器中，加入 500ml 冷水稀 释，开启搅拌装置，通入 CO2气体进行碳化反应，数分钟后加入少许晶 形导向剂溶液后，继续碳化反应，直至溶液的 pH 值达到 7，并使浆液自 然冷却至常温，并陈化 24h 之后备用。 湿法活化：碳化反应后的浆液需采用自然沉降的方法进行增浓，至 浆液浓度达到 15~20%，然后开启搅拌装置，调整搅拌速度为 100~300 转/min，并加热到 70~80℃后，依次先后加入预先配制好的适量的硬酯 酸钠溶液、铝酸酯、硬酯酸或硅烷等表面活性剂进行表面改性处理。 过滤、干燥与磨粉过程：活化结束后，产品自然冷却至常温后进行 抽滤。干燥在恒温干燥箱中进行，干燥温度为 120℃，干燥时间为 3h。
0.7
8
活性度/%
99%
99%
配方/% 0.7
2.0
0.7
9
活性度/%
99.5%
0.6 2.0 0.7 99.6%
可见，基于表面活性剂的成本和产品活性度两方面的考虑，硬酯酸
钠－铝酸酯－硬酯酸三元复合配方的实验 3 和实验 5 是比较合适的，产
品的活性度都达到了 98%，且活性剂成本较低，
（下转第 52 页）
基金项目：本文系湖南化工职业技术学院资助项目（Hnhya005）。 作者简介：阳铁建（1971-），女，学士，讲师，已发表论文 7 篇，主要从事无机化学教学与研究工作。吴红权（1971-），男，讲师，已发表论文 3 篇。
科技信息
纳米碳酸钙铝酸酯湿法表面改性技术的研究
湖南化工职业技术学院化工系 阳铁建 湖南化工职业技术学院基建处 吴红权
［摘 要］本文探讨了纳米碳酸钙湿法表面改性技术研究的主要内容，研究方法，研究成果及分析，提出了纳米碳酸钙铝酸酯湿法改 性技术研究存在的主要问题与对策。 ［关键词］纳米碳酸钙 铝酸酯 湿法改性
纳米碳酸钙的表面改性
纳米碳酸钙的表面改性随着碳酸钙粒子的专用化和纳米化，其本身也存在着两个缺陷：一是CaCO3粒子粒径越小，表面上的原子数越多，则表面能越高，吸附作用越强，根据能量最小原理，各个粒子间要相互团聚，无法在聚合物基体中很好的分散；二是CaCO3作为一种无机填料，粒子表面亲水疏油，与聚合物界面结合力较弱，受外力冲击时，易造成界面缺陷，导致材料性能下降。
因此，为了充分发挥纳米碳酸钙的纳米效应提高其在复合材料中的分散性，增强与有机体的亲和力，改进纳米碳酸钙填充复合材料的性能，必须采用有效的改性工艺及表面改性方法对其表面改性，进而扩拓宽其应用领域。
改性剂一方面可以定向吸附在纳米碳酸钙表面，使其表面具有电荷特性，物理与化学吸附共存，形成的吸附层较稳定。
由于同种电荷的排斥性，纳米碳酸钙不易聚合，从而提高其润湿性、分散性和稳定性，可以创造颗粒间的互相排斥作用，起到很好的分散效果。
另一方面可以增大纳米碳酸钙与有机体的界面相容性及亲和性，从而提高其与橡胶或塑料等复合材料的物理性能。
目前改性剂根据其结构与特性可以分为表面活性剂、偶联剂、聚合物和无机物。
一、表面活性剂表面活性剂种类多，生产能力大，价格低廉。
目前，表面活性剂改性纳米碳酸钙技术较成熟，是工业上碳酸钙表面改性常用的修饰剂。
表面活性剂主要可分为脂肪酸(盐)类、磷酸酯类等。
用表面活性剂改性的碳酸钙可以经常用于塑料、橡胶中，具有很好的相容性，可以提高被填充物的加工性能。
脂肪酸(盐)类改性剂属于阴离子表面活性剂，分子一端长链烷基结构和高分子结构类似，与高分子基料有较好相容性；另一端为羟基等极性基团，可与碳酸钙表面发生物理或化学吸附。
用于碳酸钙表面活化处理的脂肪酸主要是含有羟基、氨基的脂肪酸。
目前使用最多，效果最好的脂肪酸(盐)。
通过此种活化剂活化的碳酸钙吸油值小，疏水率高，pH值适中，粘度小。
活化方法如下：将一定固含量的碳酸钙浆料加热到80～90℃，取碳酸钙质量2%的硬脂酸，如果是纳米钙硬脂酸的量还应该适当增加。
纳米碳酸钙改性技术研究进展及代表性应用综述
纳米碳酸钙改性技术研究进展及代表性应用综述吕津辉/文【摘要】碳酸钙是一种重要的无机粉体填充材料，由于其原料来源丰富且成本低，生产方法简单，性能比较稳定，被广泛的应用于橡胶、涂料、胶黏剂、造纸、塑料、食品等行业。
按照生产方法的不同，碳酸钙可分为重质碳酸钙和轻质碳酸钙。
而活性碳酸钙，又称改性碳酸钙，是通过加入表面处理剂对重钙或轻钙进行表面改性制得[1]。
【关键词】纳米碳酸钙；改性剂；改性技术；纳米碳酸钙应用；填加纳米碳酸钙是20世纪80年代发展起来的一种新型超细固体粉末材料，其粒度介于0.001～0.1um(即1～100nm)之间等。
由于纳米碳酸钙粒子的超细化，其晶体结构和表面电子结构发生变化，产生了普通碳酸钙所不具有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子效应[1]。
为了使具有良好性能的纳米碳酸钙发挥优良性能，使用者对纳米碳酸钙进行表面改性，使其成为了一种具有多功能性的补强填充改性材料。
改性后的碳酸钙表面吸油值明显降低，凝聚粒子的粒径减小，粒子分散性增强，作为填料用于生产后的制品塑化时间缩短，塑化温度下降，溶体流动指数上升，流动性得到显著改善[2]。
1.表面改性的理论1.1 化学键理论偶联剂一方面可以与纳米碳酸钙表面质子形成化学键，另一方面要与高聚物有较强的结合界面，进而提高纳米粒子的力学性能[1]。
1.2 表面浸润理论因为复合材料的性能受高分子物质对纳米填料浸润能力的影响，若填料能完全被浸润，那么树脂对高能表面的物理吸附将提供高于有机树脂内聚强度的粘结强度[1]。
1.3 可变形层理论吸附树脂会优先选择偶联剂改性填料的表面作配合剂，一个范围的固化不均会生成变形层，变形层是一个比偶联剂在聚合物和填料之间的单分子层厚得多的柔树脂层，它能防止界面裂缝的扩图1流化床造粒工艺流程展，松弛界面应力，加强界面的结合强度[1]。
1.4 约束层理论模量在高模量粉体和低模量粉体之间时，传递应该是最均匀的[1]。
纳米碳酸钙表面改性技术研究进展
般 需采 用 惰 性 溶剂 ［ 如液 体 石 蜡 （ 白油 ） 石 油 醚 、 、
提 高 ， 耐 酸性 和 阻燃 性 的 改善也 有 较好 的效果 ． 对 除 了用 作 硬质 聚氯 乙烯 的功 能 填料 外 ．还 广泛 用 作胶 黏剂 、 墨 、 油 涂料 等 的填料 和颜 料 。
１ ． 硼 酸 酯 ４
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｐｒ ｇ ｅ ｓｉ ｕｒ ａｃ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｎ ｓ ｆ ｅ ｍｏｄ ｆｃ ｔｏ ｔ ｃ ｏ ｏｇ ｆｎａ ｍ ｅ ｅ ａ ｃ ｕｍ ａ ｂｏ ｉ ａ ｉ ｎ ｅ ｈｎ ｌ ｙ ｏ ｎｏ ｉ ｔ ｒｃ ｌ ｉ ｃ ｒ ｎａｔ ｅ
Ｙ ｎ ｉ ｉｎ Ｙ ｎＸ ｎ ａｇ ｅ ａ ，ａ ｉ Ｔ ｊ
的纳米 效 应 纳米 碳 酸钙 改性 的作 用机 理 为表 面物
理 作用 （ 括表 面包 覆 和表 面 吸附 ） 包 和表 面化 学作 用 （ 括 表面 取代 、 合 和接枝 等 ）表 面改 性 方法 又可 包 聚 。 分 为 干法 表 面改性 工 艺和湿 法 表 面改性 工艺
的来 源 问题 果碳 酸钙 中水 分含 量较 高 ． 如 则偶联 剂
ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓ ｆ ｔ ｏ ｅ ｕ ｆｃ ａ ｔ ｗ ｒ ｅ ｉ ｗ ｄ Ｖａ ｏ ｓ ｅ ｓ ｒ ｃ ｍｏ ｉ ｃ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓ ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｓｕ ｆ ｇ ， ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｏ ｈ ｓ ｓ ｒａ ｔ ｎ ｓ ｅ ｅ ｒ ｖ ｅ ｅ ． ｒ ｕ ｎ ｗ ｎ ｆ ｅ ｉ ｃ ｉ ａ ｄ ｆ ａｉ ｔｃ ｎ ｌｇ ｅ ， ｌｄ ｎ ｔｆ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｃ ｍｐ ｓｔ ｏ ｐ ｉ ｇ ｇ ｎ ，ｅ ｃｉ ｅ ｍｏ ｏ ｒ ａ ｔ ｅ ｍａ ｒ ｍｏｅ ｕ ｅ ， ｏｙ ｒ ， ｌｓ ｓ ａ ｄ ｕ ｅ ｉｐ ｒ ａ ｔ ｔ． ｗ ｒ ｏ ｏ ｉ ｃ ｕ ｌ ａ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｎ ｍｅ ， ｃ ｉ ｃ ｏ ｌｃ ｌｓ ｐ ｌ ｍｅ ｓ ｐ ａ ｍａ ， ｎ ｓ ｐ ｒ ｄ ｓ ｅ ｓ ｎ ｓ ｅｃ ， ｅ ｅ ｅ ｎ ｖ ｖ
纳米碳酸钙改性技术进展和应用现状
纳米碳酸钙改性技术进展和应用现状目前用于纳米碳酸钙表面改性的方法重要有：局部化学反应改性、表面包覆改性、微乳液改性、机械改性及高能表面改性。
1纳米碳酸钙表面改性技术优缺点对比局部化学反应改性方法重要通过纳米碳酸钙表面官能团与改性剂间发生化学反应来达到改性目的，分为干法和湿法两种工艺。
将碳酸钙粉和表面改性剂同时投放到捏合机中进行高速捏合的方法称为干法改性。
此法操作简单，出料便于运输且可直接包装。
干法改性所得产品表面不均匀，适合低档碳酸钙粉末的生产，但因操作工艺简单而被广泛采纳。
适合干法改性的改性剂重要有钛酸脂、铝酸脂、磷酸脂等偶联剂。
湿法改性是将碳酸钙和改性剂在液相中共混，通过改性剂在碳酸钙表面包覆形成双膜结构来进行改性的，湿法改性虽然效果很好，但是工艺较为多而杂。
水溶性的表面活性剂较适合湿法改性工艺，这类水溶性表面活性剂重要有高级脂肪酸及其盐等。
表面包覆改性方法是指表面改性剂和纳米碳酸钙表面之间仅依靠范德瓦耳斯力或物理方法连接却没有发生化学反应的改性方法。
这种方法可以在制备纳米碳酸钙的同时在溶液中加入表面活性剂，达到制备和改性同步进行的目的，由于表面活性剂的存在使这种方法生产出来的碳酸钙分散性能得到很好的改善。
微乳液改性方法又称胶囊化改性，这种方法是通过在纳米碳酸钙表面包上一层其他物质的膜，更改粒子表面固有特性来进行改性的。
此法虽然和表面包覆改性方法仿佛，但是这种方法改性后包在纳米碳酸钙表面的一层膜相对表面包覆改性的较为均匀。
机械化学改性方法是利用猛烈机械力作用有目的的激活粒子表面，使分子晶格发生位移，来更改其物理化学结构和表面晶体结构，提高粒子与有机物或无机物的反应活性的改性方法。
对于大颗粒的碳酸钙这种改性方法特别有效，就纳米级碳酸钙来说，由于其本身粒径很小，通过机械粉碎、研磨的机械化学改性方法就不再能发挥出优异的改性效果。
值得一提的是，机械化学改性方法虽不能单独见效，但因其能显著加添纳米碳酸钙的活性基团与表面活性点，因此结合其他改性方法协同作用亦不失为一种有效方案。
纳米碳酸钙铝酸酯湿法表面改性技术的研究
★
母 裹
湿法 改性是在碳化增浓后的熟浆溶液中对碳酸钙进行表面改性处 理， 这 必须在 纳米碳酸钙生 产企 业 中才能 完成 。利用碳酸钙在液 相 中
的分散 比在气相 中的分散容易得多 ， 如果加入分散剂 ， 分散效果更好 的 特点， 使碳酸 钙颗粒与表 面改性 剂分子 的作用 更均匀 。碳酸钙颗 粒经 湿法 改性 处理后 ， 其表面能降低 ， 即使经压滤 、 干燥后形成二次粒子 ， 仅 形 成结合力 较弱的软 团聚 ， 有效地避免 了干法 改性中 因化学键 氧桥 的 生 成而导致 的硬 团聚现象 。因此 ， 研究铝 酸酯 对纳米碳酸钙 的湿法改 性技 术 ， 对铝酸酯推广应用到湿法改性领域 ， 对降低纳米碳酸钙表面改 性成 本 ， 对提高纳米碳酸钙表 面改性质量等都具有重要的意义。 二、 纳米碳酸钙铝酸酯湿 法改性技术研 究的主要 内容 通过前期 的实验探索 ， 发现铝酸酯对 纳米 碳酸钙 的湿法 改性技术 基本是可行 的， 通过本课题 的深入研究获得更加准确的工艺流程 、 工艺
配 方改性 的方法来 抑制其水解 。本研究 的创新之处是首次将 比较廉价 的铝酸酯应 用于纳米碳 酸钙湿法改性 领域 ， 这对降低 纳米碳 酸钙 的表 面改性成本 ， 提高改性纳米碳酸钙的质量都具有重要意义 。 首先是 查阅资料 ， 确定 研究实验方案 ， 准备仪器药 品 ， 然后利用学 生做毕业设计 的机会完成实验研究。 研究方法 ： 实 验 法 与 对 比法 。 ①主要 仪器有马弗 炉 ， 压缩空气钢 瓶 ； 压缩二 氧化碳 钢瓶 ； 电动搅 拌器； 酸度计 ； 温度计 ； ２ ５ ０ ０ ｍ Ｌ 烧杯 ； 真空抽滤 装置 ； 恒温 干燥 箱 ； 磨 粉 机； 标准筛 ； 显微镜 。 ②主要 实验药 品有 铝酸酯 ， 生石灰 ， 硫酸， 双氧水 ， 氢氧化钠 ， 硬 酯 酸， 冰水 ， 蔗糖 ， 三聚磷酸钠 。 ③实验操作过程 ： 消化过 程 ： 消化反应器 中装 有 ５ ０ Ｏ ａ ｒ ｌ 热水 ， 并开启搅拌装置 和装好 温度计 ， 然后快速称取 ｌ Ｏ Ｏ ｇ 生石灰 ， 依次加 入消化反应器 中， 直至温度 计指示 的温 度不再上升为止。再停止搅拌 ， 静置 自然冷却至常温 ； 最后 用标准筛过筛 ， 过滤 的浆液陈化 ２ ４ ｈ 之后备用。 碳 化过 程 ： 将上述 滤液 转移 入碳化 反应器 中， 加入 ５ ０ Ｏ ａ ｒ ｌ 冷水 稀 释， 开启搅拌 装置 ， 通入 Ｃ Ｏ ： 气体进行 碳化反 应 ， 数分钟后 加入少许 晶 形导 向剂溶液后 ， 继续碳化反应 ， 直 至溶液的 ｐ Ｈ值达到 ７ ， 并使浆 液 自 然冷却至常温 ， 并陈化 ２ ４ ｈ 之后备用 。 湿法 活化 ： 碳化反应后的浆液需采用 自然沉降的方法进行增浓 ， 至
纳米碳酸钙的表面改性及其在橡胶中的运用
2016年10月纳米碳酸钙的表面改性及其在橡胶中的运用闻新春（乌鲁木齐泰迪安全技术有限公司中级工程师,新疆乌鲁木齐830000）摘要：在现实生活中塑料以及橡胶制品的主要填充材料就是纳米碳酸钙，纳米碳酸钙作为一种填料有着很强大的功能，不仅可以调高塑料制品的刚度、尺寸稳定性、耐磨性以及耐热性，还在很大程度上减少了支出的成本。
但是纳米碳酸钙仍有着一定的缺陷，因此我们需要对纳米碳酸钙进行一定的表面改性工作，使纳米碳酸钙的表面尽量的缩小，提高纳米碳酸钙的分散性，使其表面呈现出亲油性，只有这样才能使高聚物与纳米碳酸钙在亲和性上有着明显的提高。
本文这要对纳米碳酸钙的表面改性以及其在橡胶中的应用进行分析。
关键词:纳米碳酸钙；表面改性；橡胶在发达国家纳米碳酸钙在橡胶制品的使用上已经非常的普遍了，而且增长速度还在逐步的上升。
纳米碳酸钙相较与普通的微米碳酸钙来说有着容易集成团，表面疏油亲水还有表面能高的特点，在一些弱极性和非极性的橡胶中很难以均匀的进行分散。
对纳米碳酸钙进行表面改性工作已经是国内外研究的一个焦点。
1纳米碳酸钙的表面改性工作1.1高能表面处理（1）表面的辐照改性：根据调查研究发现纳米碳酸钙在它的表面有一些孤对电子，而且它的状态并不是特别的稳定，很容易和大气中的一些水分进行化学吸附导致纳米碳酸钙的表面产生大量的羟基，然而只要将纳米碳酸钙进行辐照我们会发现会产生一些自由基并且引发单体进行自由的聚合，这样就使塑料橡胶制品的填料表面出现一层聚合物膜或者是有机膜。
以至于高分子材料与填料的表面性质的相容性在一定程度上得到改善。
（2）等离子体的表面改性：这种方法主要采用的是辉光放电等离子系统进行实现的，通过等离子对气体进行处理，经过化学反应就会在纳米碳酸钙的表面出现一种有机包覆膜。
（3）无机体的改性：无机体对于纳米碳酸钙来说有着非常良好的作用不仅可以增加纳米碳酸钙的耐酸程度还可以对纳米碳酸钙的分散性进行一定的改善。
主要原理就是纳米碳酸钙可以和磷酸酯进行一定的化学反应，使纳米碳酸钙表面的盖离子变成磷酸盐，生成的磷酸盐对纳米碳酸钙的离子表面进行包裹，充分的改善了纳米碳酸钙的亲油性以及分散性。
纳米碳酸钙的表面改性技术研究进展
纳米碳酸钙的表面改性技术研究进展中国粉体技术网/班建伟纳米碳酸钙作为橡胶、塑料制品的填料, 可以提高制品的耐热性、耐磨性、尺寸稳定性、刚度及可加工性, 并降低成本。
纳米碳酸钙直接用于有机介质中存在两个缺点: 一是分子间力、静电作用、氢键等引起碳酸钙粉体的团聚。
纳米碳酸钙的比表面积大, 易吸附气体、介质或与其作用, 从而失去原来的表面性质, 导致粘连与团聚, 或因其表面能极高和接触界面较大, 使晶粒生长的速度加快; 另外因纳米碳酸钙的量子隧道效应、电荷转移和界面原子的相互耦合, 使其发生相互作用和因固相反应而团聚。
二是纳米碳酸钙为亲水性无机化合物, 其表面有亲水性较强的羟基, 呈强碱性, 使其与有机高聚物的亲和性变差, 易形成聚集体, 造成在高聚物中分散不均匀, 导致两材料间界面缺陷, 直接应用效果不好。
随着纳米碳酸钙用量的增大, 这些缺点更加明显, 过量填充甚至会使制品无法使用。
因此, 需要对纳米碳酸钙进行表面改性, 使其表面能减小, 分散性提高, 表面呈亲油性, 从而增大纳米碳酸钙与高聚物的亲和性。
改性剂一方面可以定向吸附在纳米碳酸钙表面, 使其表面具有电荷特性、物理与化学吸附共存、形成的吸附层较稳定。
由于同种电荷的排斥性, 纳米碳酸钙不易聚合, 从而提高其润湿性、分散性和稳定性,可以创造颗粒间的互相排斥作用, 起到很好的分散效果。
另一方面可以增大纳米碳酸钙与有机体的界面相容性及亲和性, 从而提高其与橡胶或塑料等复合材料的物理性能。
目前改性剂根据其结构与特性可以分为表面活性剂、偶联剂、聚合物和无机物。
1 表面活性剂表面活性剂种类多、生产能力大、价格低, 可分为阴离子、阳离子、非离子和高分子表面活性剂。
王昌建等研究了各类表面活性剂对纳米碳酸钙的防团聚作用, 结果表明表面活性剂对分散性的改善效果优劣顺序为阴离子、非离子、阳离子、高分子, 表面活性剂复配物的改善效果优于单一类型表面活性剂。
目前应用较多的表面活性剂有脂肪酸( 盐) 、高分子化合物及磷酸酯( 盐) 。
铝酸酯偶联剂改性纳米碳酸钙效果研究
文章编号:1008-7524(2005)03-0004-03铝酸酯偶联剂改性纳米碳酸钙效果研究Ξ刘立华,刘会媛,刘冬莲(唐山师范学院化学系,河北唐山 063000) 摘要:研究了铝酸酯偶联剂对纳米碳酸钙湿法表面改性的工艺过程,通过沉降速度表征确定了最佳改性条件,通过BET 和吸油值等表面物化性能评价了纳米碳酸钙的改性效果,同时将粉体添加到有机硅密封胶中测定对流变性能的影响。
实验结果表明:改性纳米碳酸钙粉体表面性质发生了明显的变化,比表面积增大,亲油性和在有机相中的分散性明显提高,增强了有机硅密封胶的流变性能。
关键词:纳米碳酸钙;表面改性;效果;沉降中图分类号:TQ062 文献标识码:A0 引言纳米CaCO 3是最早开发的无机纳米材料之一,由于其优异的性能,已被广泛应用在塑料、涂料、橡胶、油漆、造纸、油墨等领域[1]。
纳米碳酸钙由于粒径小,表面能高,因而易于团聚[2];面亲水疏油,表面性质与有机聚合物存在着很大差异,使二者结合不均匀,导致复合材料的结构存在很大缺陷[3],纳米材料的优势得不到应有的发挥,因此需要对其进行表面改性处理,改善纳米碳酸钙的表面性能。
本文采用铝酸酯对纳米CaCO 3进行湿法表面改性,通过沉降速度的表征确定了改性时间、改性剂用量以及乳化机转速等最佳工艺改性条件,采用比表面积和吸油值等表面物化性能评价了纳米碳酸钙表面改性效果的好坏,同时研究了改性纳米碳酸钙对有机硅密封胶流变性能的影响。
1 实验部分1.1 原料和试剂纳米CaCO 3,立方形,山西产;液体石蜡,江苏洪声化工厂;有机硅密封胶,市售;L90-流变仪,上海交通大学;乳化机,型号为HONO ,上海宫藤机电设备有限公司制造;铝酸酯,江苏常州江南助剂厂。
1.2 改性方法将纳米碳酸钙配成质量分数为5%～7%的浆料,升温至85℃,将乳化机转速调至一定转速,滴加一定量的改性剂,持续一定的时间,过滤洗涤,于110℃下烘干。
1.3 测试方法1.3.1 沉降体积的测定称量5.000g 改性前后的纳米碳酸钙干粉置于50mL 的柱塞量筒内,加入液体石蜡至50mL ,摇匀,静置,读取不同时间固体的体积。
了解碳酸钙表面改性的方法、工艺及常用改性剂
了解碳酸钙表面改性的方法、工艺及常用改性剂碳酸钙是目前有机高聚物基材料中用量最大的无机填料，但是，未经表面处理的碳酸钙与高聚物的相容性较差，简单造成在高聚物基料中分散不均从而造成复合材料的界面缺陷，降低材料的机械强度。
随着用量的加添，这些缺点更加明显。
因此，为了改进碳酸钙填料的应用性能，必需对其进行表面改性处理，提高其与高聚物基料的相容性或亲和性。
1、碳酸钙表面改性简述碳酸钙的表面改性方法重要是化学包覆，辅之以机械化学；使用的表面改性剂包括硬脂酸（盐），钛酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂、锆铝酸盐偶联剂以及无规聚丙烯，聚乙烯蜡等。
碳酸钙连续表面改性工艺表面改性要借助设备来进行。
常用的表面改性设备是SLG型连续粉体表面改性机、高速加热混合机以及涡流磨和流态化改性机等。
影响碳酸钙表面改性效果的重要因素是：表面改性剂的品种、用量和用法（即所谓表面改性剂配方）；表面改性温度、停留时间（即表面改性工艺）；表面改性剂和物料的分散程度等。
其中，表面改性剂和物料的分散程度重要取决于表面改性机。
2、脂肪酸（盐）改性碳酸钙硬脂酸（盐）是碳酸钙最常用的表面改性剂。
其改性工艺可以采纳干法，也可以采纳湿法。
一般湿法工艺要使用硬脂酸盐，如硬脂酸钠。
（1）硬脂酸干法改性碳酸钙涂酸磨机改性碳酸钙采纳SLG型粉体表面改性机和涡旋磨等连续式粉体表面设备时，物料和表面改性剂是连续同步给入的，硬脂酸可以直接以固体粉状添加，用量依粉体的粒度大小或比表面积而定，一般为碳酸钙质量的0.8%—1.2%；在高速混合机、卧式桨叶混合机及其他可控温混合机中进行表面包覆改性时，一般为间歇操作，首先将计量和配制好的物料和硬脂酸一并加入改性机中，搅拌混合15—60min即可出料包装，硬脂酸的用量为碳酸钙质量的0.8%—1.5%左右，反应温度掌控在100℃左右。
为了使硬脂酸更好地分散和均匀地与碳酸钙粒子作用，也可以预先将硬脂酸用溶剂（如无水乙醇）稀释。
改性时也可适量加入其他助剂。
纳米碳酸钙的表面改性研究进展
纳米碳酸钙的表面改性研究进展刁润丽;张晓丽【摘要】Nanometer calcium carbonate is being used more and more widely as a new inorganic nano-materials. The performance of nanometer calcium carbonate is excellent because of its micro dimension and high specific surface area. So it has been the focus of research and exploitation in the world. The surface modification of nanometer calcium carbonate is urgently needed because of the two defects in reuniting and poor compatibility with macromolecule organic matter. The surface modification methods and surfactants of nanometer calcium carbonate were reviewed. The problems occurred in surface modification were analyzed. Finally,the future research direction of nanometer calcium carbonate were discussed.%纳米碳酸钙是一种新型的无机纳米材料,由于其尺寸微小、比表面积大,具有许多优良的性能,成为各国开发研究的热点,但由于其自身存在着易团聚及与聚合物的亲和性差两个缺陷,所以亟需对其进行表面改性.综述了纳米碳酸钙的表面改性方法及改性剂,指出了改性过程中存在的问题,并对改性纳米碳酸钙的发展进行了展望.【期刊名称】《矿产保护与利用》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】5页(P146-150)【关键词】纳米碳酸钙;表面改性;改性方法;改性剂【作者】刁润丽;张晓丽【作者单位】河南质量工程职业学院食品与化工系,河南平顶山467001;河南质量工程职业学院食品与化工系,河南平顶山467001【正文语种】中文【中图分类】TQ132.3+2前言纳米碳酸钙是指粒度大小在1～100 nm的碳酸钙产品，包括超细和超微细碳酸钙两种产品[1-3]。