Karena efek permukaan dan sifat hidrofilik dan oleofobik nano-kalsium karbonat, nano-kalsium karbonat yang tidak dimodifikasi memiliki kekurangan seperti dispersi, afinitas yang buruk, dan mudah aglomerasi ketika diterapkan pada polimer organik, sehingga sangat mempengaruhi kualitas produk. , menyebabkan cacat antarmuka antara kedua bahan, dan semakin tinggi jumlah pengisian nano-kalsium karbonat, semakin jelas kekurangan ini, dan pengisian yang berlebihan bahkan dapat merusak kinerja asli bahan tersebut.
Oleh karena itu, nano kalsium karbonat umumnya tidak digunakan secara langsung. Partikel nano-kalsium karbonat setelah modifikasi permukaan biasanya membentuk “aglomerasi lunak”, dan “aglomerasi lunak” ini dapat hancur melalui geser mekanis dan osilasi ultrasonik, hanya dengan sedikit penanganan selama proses aplikasi. Oleh karena itu, modifikasi permukaan kalsium karbonat nanometer sangatlah penting.
Jenis pengubah nano kalsium karbonat
Rute modifikasi nano kalsium karbonat biasanya mengadopsi reaksi pencangkokan dan penggandengan. Menurut perbedaan struktur dan karakteristiknya, pengubah dapat dibagi menjadi surfaktan, bahan penggandeng, polimer dan zat anorganik.
Surfaktan
Saat ini, surfaktan yang paling umum digunakan antara lain asam lemak, fosfat, dan senyawa polimer.
Struktur gugus alkil rantai panjang di salah satu ujung molekul pengubah asam lemak mirip dengan polimer. Berdasarkan prinsip deskripsi serupa, mereka dapat lebih kompatibel dengan matriks polimer; gugus polar seperti gugus karboksil di ujung lain molekul dapat digunakan secara anorganik. Adsorpsi fisik atau kimia terjadi pada permukaan bahan (seperti nano-kalsium karbonat).
Ester fosfat terutama bereaksi dengan ion fosfat dan ion kalsium membentuk fosfat, yang permukaannya dilapisi kalsium karbonat.
Modifikasi dilakukan untuk meningkatkan sifat lipofilik dan hidrofobik permukaan nanometer kalsium karbonat.
Senyawa polimer dimodifikasi dengan mengontrol ukuran partikel nanopartikel untuk mengubah keadaan permukaannya. Senyawa polimer yang mengandung gugus asam sulfonat atau gugus asam karboksilat dapat digunakan sebagai pengubah, sebagian besar gugus yang dapat terionisasi.
Agen kopling
Bahan penggandeng dimodifikasi dengan menggabungkan dua bahan dengan sifat yang sangat berbeda, kalsium karbonat dan organisme, melalui reaksi kimia atau keterikatan fisik dengan gugus fungsi masing-masing pada permukaan kalsium karbonat. Melalui jembatan molekuler pada permukaan kalsium karbonat nanometer, zat penggandeng dimodifikasi. , meningkatkan kompatibilitas antara nanometer kalsium karbonat dan bahan organik.
Bahan penggandeng titanat dan bahan penggandeng aluminat saat ini merupakan bahan penggandeng pengubah nano-kalsium karbonat yang paling umum digunakan.
Polimer dan anorganik
Polimer adalah sejenis pengubah yang membentuk lapisan adsorpsi fisik atau kimia pada permukaan kalsium karbonat melalui adsorpsi terarah dan memberikan karakteristik muatan untuk mencegah partikel kalsium karbonat menggumpal dan menggumpal untuk meningkatkan dispersi.
Sebagai pengubah, elektrolit anorganik teradsorpsi pada permukaan nano-kalsium karbonat, yang secara signifikan dapat meningkatkan nilai absolut potensi permukaan nano-kalsium karbonat. Pada saat yang sama, tingkat pembasahan antara permukaan nano-kalsium karbonat dan air juga meningkat, yang sampai batas tertentu mencegah pembentukan nano-kalsium karbonat. agregasi dalam air.
Pengubah elektrolit anorganik yang umum digunakan termasuk natrium aluminat, natrium silikat, tawas, asam fosfat kental, dll.
Metode modifikasi nano kalsium karbonat
Metode yang saat ini digunakan untuk modifikasi permukaan kalsium karbonat nanometer terutama meliputi: modifikasi reaksi kimia lokal, modifikasi pelapisan permukaan, modifikasi mikroemulsi, modifikasi mekanis, dan modifikasi permukaan energi tinggi.
Modifikasi reaksi kimia lokal
Metode modifikasi reaksi kimia lokal terutama mencapai tujuan modifikasi melalui reaksi kimia antara gugus fungsi permukaan nanometer kalsium karbonat dan pengubah. Prosesnya terbagi menjadi dua yaitu metode kering dan metode basah.
Modifikasi kering: Modifikasi kering adalah dengan menambahkan nano-kalsium karbonat ke dalam pengaduk adonan berkecepatan tinggi, memutar dan memanaskannya. Saat dipanaskan sampai suhu tertentu, tambahkan pengubah permukaan dan lakukan modifikasi pengadukan. Modifikasi kering mengadopsi metode pencampuran fisik, dan prosesnya relatif sederhana. Namun karena ukuran partikel nanokalsium karbonat sangat kecil, antara 40-60nm, ia memiliki luas permukaan spesifik yang besar dan listrik statis, serta mudah terkondensasi menjadi partikel yang lebih besar. Aglomerasi mengurangi tingkat aktivasi partikel nano-kalsium karbonat dan dispersi yang buruk, sehingga efek modifikasi tidak ideal.
Modifikasi basah: Modifikasi basah adalah menambahkan pengubah permukaan ke suspensi nano-kalsium karbonat untuk perlakuan permukaan pada tahap karbonisasi selanjutnya, dan menyelesaikan modifikasi permukaan pada suhu dan kondisi pengadukan tertentu. Modifikasi basah digunakan oleh produsen kalsium karbonat, dan alur prosesnya adalah:
Setelah modifikasi basah nano kalsium karbonat, perlu dikeringkan, didispersikan, dan dikemas. Untuk bagian pendispersi, direkomendasikan tiga jenis peralatan sebagai pendispersi. Ini memiliki efek yang lebih baik.
- Siapkan suspensi Ca(OH)2 dengan massa tertentu, tambahkan zat pengontrol bentuk kristal dalam jumlah yang sesuai dalam kondisi pemanasan dan pengadukan, lalu masukkan gas campuran CO2 dan N2 untuk karbonisasi, dan ukur laju karbonisasi dengan metode titrasi;
- Tambahkan pengubah permukaan dalam jumlah yang sesuai ke suspensi nano-kalsium karbonat dan aduk rata agar pengubah permukaan melapisi permukaan nano-kalsium karbonat secara merata;
- Dapatkan partikel nano-kalsium karbonat termodifikasi basah melalui filtrasi hisap, pengeringan, penghancuran, dan pengayakan.
Metode modifikasi pelapisan permukaan
Ini mengacu pada metode modifikasi di mana pengubah permukaan dan permukaan kalsium karbonat nanometer dihubungkan hanya dengan gaya van der Waals atau metode fisik tanpa reaksi kimia.
Metode ini dapat menambahkan surfaktan ke dalam larutan pada saat pembuatan nanokalsium karbonat, mencapai tujuan pembuatan dan modifikasi secara simultan, karena keberadaan surfaktan membuat kalsium karbonat yang dihasilkan dengan metode ini memiliki sifat dispersi yang baik. memperbaiki.
Metode modifikasi mikroemulsi
Metode modifikasi mikroemulsi disebut juga modifikasi enkapsulasi. Metode ini dimodifikasi dengan melapisi permukaan nano-kalsium karbonat dengan lapisan zat lain untuk mengubah karakteristik yang melekat pada permukaan partikel.
Meskipun metode ini mirip dengan metode modifikasi pelapisan permukaan, namun film yang dilapisi pada permukaan nano-kalsium karbonat setelah dimodifikasi dengan metode ini lebih seragam dibandingkan dengan yang dimodifikasi dengan pelapisan permukaan.
Metode modifikasi mekanokimia
Metode modifikasi mekanokimia adalah metode modifikasi yang menggunakan gaya mekanik yang kuat untuk mengaktifkan permukaan partikel dengan sengaja, menyebabkan kisi molekul bergeser, mengubah struktur fisik dan kimia serta struktur kristal permukaan, dan meningkatkan reaktivitas partikel dengan zat organik atau anorganik. .
Metode modifikasi ini sangat efektif untuk partikel besar kalsium karbonat. Sedangkan untuk kalsium karbonat skala nano, karena ukuran partikelnya yang kecil, metode modifikasi mekanokimia melalui penghancuran dan penggilingan mekanis tidak dapat lagi melakukan modifikasi yang sangat baik. Efek seksual.
Memberikan peran penuh pada efek nano nanopartikel, meningkatkan sifat permukaan nanopartikel, meningkatkan dispersi dan kompatibilitas nanopartikel dalam matriks, dan menyiapkan material komposit dengan kinerja luar biasa akan memperluas bidang penerapan material.
Nano kalsium karbonat adalah produk kelas atas di bidang kalsium karbonat. Seiring dengan peningkatan kualitas nano kalsium karbonat di negara saya, biayanya terus menurun. Kini tidak hanya bisa menggantikan impor, tapi juga mulai diekspor ke pasar internasional. Saya yakin prospek pasar nano kalsium karbonat dalam negeri akan semakin menjanjikan. .
