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 納米碳酸鈣是指粒徑為1-100nm的功能性無(wú)機(jī)填料，超細(xì)化使其晶體結(jié)構(gòu)和表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子效應(yīng)，廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、造紙、化學(xué)建材、油墨、涂料、密封膠與膠粘劑等領(lǐng)域。

納米碳酸鈣為什么要改性？

納米碳酸鈣由于其粒子納米化，具有優(yōu)良的性能，但是其應(yīng)用于有機(jī)介質(zhì)中存在兩大缺陷：

一是納米碳酸鈣為表面親水疏油的無(wú)機(jī)材料，在聚合物中的分散性差，與有機(jī)體的親和力差，容易形成團(tuán)聚體，直接應(yīng)用效果不好，導(dǎo)致材料性能下降；

二是納米碳酸鈣粒徑小，表面原子數(shù)多，表面能大，粒子之間相作用力強(qiáng)，容易形成納米碳酸鈣粉體的團(tuán)聚。隨著納米碳酸鈣使用量的增大，這些缺陷更加明顯，過(guò)量的填充會(huì)使得材料無(wú)法使用。

因此，需要采用有效的改性手段和工藝對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)行表面改性，使其表面能降低，分散性增大，使其表面親油，成為活性納米碳酸鈣。

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：表面包覆改性、微乳液改性、高能表面改性、機(jī)械化學(xué)改性法及局部化學(xué)反應(yīng)改性等。

（1）表面包覆改性

表面包覆改性指表面改性劑與納米碳酸鈣表面無(wú)化學(xué)反應(yīng)，是一種物理包覆改性，改性劑與顆粒之間依靠物理方法或范德華力而連接的改性方法。首先在制備納米碳酸鈣的溶液中加入表面活性劑，納米碳酸鈣生成的同時(shí)，表面活性劑包覆在其表面，使其形成均勻的納米顆粒。

（2）微乳液改性

微乳液改性法是在納米碳酸鈣表面包上一層其他物質(zhì)的膜，改變粒子表面的特性，與表面包覆改性不同的是包覆的膜是均勻的。

柯昌美等分別采用納米級(jí)聚丙烯酸酯微乳液和丙烯酸酯乳液對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)行表面改性，并對(duì)改性之后的活性納米碳酸鈣的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征。發(fā)現(xiàn)改性之后的納米碳酸鈣吸油值降低、親油性大大增強(qiáng)，在非極性介質(zhì)中分散性顯著提高。

（3）機(jī)械化學(xué)改性法

機(jī)械化學(xué)改性是利用超細(xì)粉碎及其他的強(qiáng)烈機(jī)械力作用有目的地激活碳酸鈣粒子表面，以改變碳酸鈣的表面晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，使碳酸鈣中分子晶格發(fā)生位移，增強(qiáng)其與有機(jī)物或其他無(wú)機(jī)物的反應(yīng)活性，包括球磨、珠磨、超聲等。

機(jī)械化學(xué)改性法對(duì)于大顆粒的碳酸鈣比較有效，由于納米碳酸鈣粒徑很小，再通過(guò)機(jī)械的粉碎、研磨等方法效果并不顯著。但該方法可增加納米碳酸鈣表面的活性位點(diǎn)和活性基團(tuán)，增強(qiáng)其與有機(jī)表面改性劑的作用，因此，如果可以結(jié)合其他改性方法聯(lián)合使用，也可有效改變納米碳酸鈣的表面性質(zhì)。

（4）局部化學(xué)反應(yīng)改性

局部化學(xué)反應(yīng)改性主要利用納米碳酸鈣表面的官能團(tuán)與改性劑之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來(lái)達(dá)到改性的目的。局部化學(xué)反應(yīng)改性主要分為濕法改性和干法改性?xún)煞N工藝。

濕法改性一般是將改性劑直接投入到納米碳酸鈣懸浮液中，在一定溫度下讓改性劑和納米碳酸鈣粉末混合均勻，反應(yīng)之后形成表面改性劑包覆納米碳酸鈣粉末的雙膜結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過(guò)濾、干燥、篩分得到表面改性的活性納米碳酸鈣。

水溶性的表面活性劑較適合用濕法改性工藝，因?yàn)楸砻婊钚詣┩瑫r(shí)具有親水基團(tuán)和親油基團(tuán)，親水基團(tuán)與納米碳酸鈣之間有親和性，親油基團(tuán)與橡膠之間有親和性，當(dāng)表面活性劑處于納米碳酸鈣和橡膠之間時(shí)，二者緊密結(jié)合，這類(lèi)水溶性表面活性劑主要是高級(jí)脂肪酸及其鹽類(lèi)。

干法改性則是直接將納米碳酸鈣粉末與改性劑直接加入高速捏合機(jī)中進(jìn)行捏合，簡(jiǎn)單方便，出料后可直接進(jìn)行包裝，易于運(yùn)輸和出料。這種方法得到的納米碳酸鈣粉末表面不太均勻，適用于對(duì)其要求不高的場(chǎng)合，但處理方法操作簡(jiǎn)單，因而應(yīng)用廣泛。

（5）高能表面改性

高能表面改性包括高能射線（γ射線、X射線等）、等離子體處理等方法。

輻照處理改性法是使用電子加速器產(chǎn)生的高能輻射對(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面激活，再將表面產(chǎn)生活性點(diǎn)的粉體與單體反應(yīng)，在碳酸鈣顆粒表面形成一層有機(jī)包覆層，從而改善填料的表面性質(zhì)及與高分子材料的相容性，達(dá)到改性的目的。

等離子體改性法主要是采用輝光放電等離子體系統(tǒng)，并用一種或多種氣體為等離子體處理氣體。等離子體對(duì)碳酸鈣粉體的表面改性主要是利用等離子體聚合技術(shù)。等離子體聚合技術(shù)是通過(guò)激勵(lì)活化有機(jī)化合物的單體，形成氣相的自由基，當(dāng)氣相自由基吸附在碳酸鈣表面時(shí)，形成表面自由基，表面自由基與氣相原始的單體或等離子體中產(chǎn)生的衍生單體在碳酸鈣表面發(fā)生聚合反應(yīng)，生成大分子量的聚合物薄膜包覆在碳酸鈣表面，從而改變碳酸鈣的表面性質(zhì)，達(dá)到改性的目的。

但是高能改性法技術(shù)比較復(fù)雜、成本較高、生產(chǎn)能力小、改性效果不穩(wěn)定，因此應(yīng)用比較少。