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纳米碳酸钙表面改性最新进展

发布日期:2018-06-25 作者:2018世界杯盘口 点击:

硫磺燃烧炉:2018年中国非金属矿科技与市场交流大会将于2018年6月在山西大同召开,本次大会特设石英材料、黏土矿物、非金属矿物粉体超细 改性 复合技术三大分论坛。会议最新进展敬请关注“中国非金属矿信息平台”微信公众号。

2018年非矿大会采用主会场与分论坛结合的形式,设置“黏土矿物应用技术专题分论坛”、“石英技术专题分论坛”、“非金属矿粉体超细、改性、复合技术专题分论坛”,为参会代表提供针对性更强的技术交流内容。另外大会将组织企业家峰会、供需洽谈会和展览展示、企业参观等多种形式的活动,实现非金属矿与材料业无缝对接,加快非金属矿产业向价值链高端延伸,助力企业挖掘潜在商机,提升企业竞争力和影响力会热烈欢迎非金属矿上下游领域的专家、学者、生产技术人员、设备厂家积极参会,同时欢迎各相关单位积极展示研究成果。

纳米碳酸钙是指粒度大小在1~100nm的碳酸钙产品,包括超细和超微细碳酸钙两种产品。纳米级碳酸钙由于粒径较小,表面电子结构和晶体结构发生改变,使其呈现出了小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应,显示出优越的性能,成为近年来研究的热点。


硫磺燃烧炉


目前世界上主要的纳米碳酸钙生产公司:英国的ICI公司、法国的Solvay公司、美国的矿物技术公司(MTI)、Pfizer公司、王子造纸公司、RessoWcesCasbec公司、日本的白石公司、日本丸尾钙公司等,产品主要用于橡胶、塑料、胶粘剂(含密封胶)、涂料油漆、涂布纸张、油墨、杀虫剂、蜡制品、搪瓷制品及化妆品等。

从发展情况来看,日本在超细碳酸钙的研制、生产、应用方面处于国际领先地位,20世纪20年代,七本白石公司已经研制出超细碳酸钙产品白燕华CC、DD、CDD等产品,50年代日本开始工业化生产纳米碳酸钙。

美国着重与超细碳酸钙在造纸和涂料上的应用,美国MTI公司已经成为国际上最大的轻质碳酸钙生产商,其中包括多种晶型的纳米碳酸钙产品。

英国则侧重于高档涂料应用,ICI公司着重国际高档涂料用超细碳酸钙市场。

我国从上世纪80年代开始研制和生产纳米碳酸钙,80年代末实现工业化生产,由于纳米碳酸钙生产技术含量高,国内尚未形成规模,再加上品种少,产量低,生产工艺及设备罗国欧,质量不稳定,至今为止高档产品仍主要依赖进口。

纳米碳酸钙表面改性问题

纳米碳酸钙应用于有机介质中主要存在两个问题:一是颗粒的化学活性极大,易团聚,从而影响其使用效果;二是纳米碳酸钙表面呈强极性,在高聚物内分散不均,与高聚物的亲和性也不好,从而使两材料界面出现缺陷导致材料性能下降,并且填充量越多这些缺点越明显。

因此,纳米碳酸钙需要进行表面改性处理。

表面改性机理是什么?

DLVO理论认为颗粒的团聚与分散是粒子间的分子吸引力与双电层静电排斥力综合作用的结果。当分子吸引力小于静电排斥力时,要想使颗粒互相靠近需借助外力,静电排斥力超过一定值时,外力也不起作用;当分子吸引力大于静电排斥力时,颗粒彼此互相靠近,直至形成聚团。

改性剂定向吸附在纳米碳酸钙表面,形成稳定的吸附层,同种电荷的作用使颗粒之间互相排斥,提高其分散性、润湿性和稳定性;另一方面可以提高它的亲和性,改善它的界面相容性,增强制备的复合材料的性能。

表面改性方法有哪些?

(1)局部化学反应改性:

先加入处理剂(偶联剂、有机物、无机物等),然后纳米碳酸钙表面官能团与它发生化学反应达到改性目的的一种方法。目前纳米碳酸钙表面改性应用最广泛的就是这种方法。

局部化学反应改性工艺主要有干法和湿法两种。干法是在改性剂中依次加入纳米碳酸钙粉末和表面改性剂,进行表面改性。干法适合于用偶联剂进行表面改性,操作简单,生产成本低,并且出料后可直接包装、运输,但是与湿法相比其表面均匀性不好,而且由于受国内偶联剂开发应用技术的限制,对它的实际应用造成了一定的影响。湿法是通过在纳米碳酸钙溶液中加入改性剂进行表面改性。

(2)表面包覆改性:

纳米碳酸钙颗粒与包覆物两者通过范德华力或物理方法连接起来的一种改性方法。将表面改性剂或超分散剂加入到纳米碳酸钙的制备溶液中,在生产纳米碳酸钙的同时,将表面改性剂包覆在碳酸钙的表面,使最终产物以均匀颗粒的形式存在。

(3)母料填料改性:

母料填料是一种新型填料,通过将一定比例的树脂母料、碳酸钙及表面活性剂混合,制得母粒填料的同时对碳酸钙进行表面改性。根据所用基体树脂的不同,常见的母料填料主要有聚乙烯蜡碳酸钙母粒、无规则聚丙烯碳酸钙母粒(APP母料)和树脂碳酸钙母粒填料等。

(4)高能表面改性:

利用等离子体或高能射线(如X射线、γ射线等)进行改性的一种方法。等离子体对CaCO3粉体的表面改性主要是利用等离子体聚合技术,首先使单体活化产生气相自由基,然后吸附在固体表面成为表面自由基,进而与等离子体或气相原始单体发生聚合反应,在碳酸钙表面形成聚合物薄膜,达到改性。

(5)机械化学改性

首先通过机械力激活粒子表面,使其表面晶体结构发生改变,晶格移动,从而使它与无机物或有机物的反应活性增强来达到改性的目的的一种方法。

据美国市场研究公司发布《纳米碳酸钙市场分析及2016-2024年前景预测报告》显示:到2024年,全球纳米碳酸钙需求量将超过4000万吨,其中塑料将成为增长最快的应用领域。

了解更多碳酸钙、滑石、硅灰石等无机粉体超细、改性、复合技术,欢迎关注2018年中国非金属矿科技与市场交流大会——非金属矿粉体超细、改性、复合技术专题分论坛


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