Devido ao efeito de superfície e às propriedades hidrofílicas e oleofóbicas do carbonato de nanocálcio, o carbonato de nanocálcio não modificado apresenta deficiências como dispersão, baixa afinidade e fácil aglomeração quando aplicado a polímeros orgânicos, afetando seriamente a qualidade do produto. , levando a defeitos de interface entre os dois materiais, e quanto maior a quantidade de enchimento de carbonato de nanocálcio, mais óbvias essas deficiências se tornam, e o enchimento excessivo pode até destruir o desempenho original do material.
Portanto, o carbonato de nano cálcio geralmente não é usado diretamente. Partículas de nanocarbonato de cálcio após modificação da superfície geralmente formam “aglomerações suaves”, e esta “aglomeração suave” pode ser desintegrada através de cisalhamento mecânico e oscilação ultrassônica, com apenas um pequeno manuseio durante o processo de aplicação. Portanto, a modificação da superfície do carbonato de cálcio nanométrico é de grande importância.
Tipos de modificadores de nano carbonato de cálcio
A rota de modificação do carbonato de nano cálcio geralmente adota reações de enxerto e acoplamento. De acordo com as diferenças de estrutura e características, os modificadores podem ser divididos em surfactantes, agentes de acoplamento, polímeros e substâncias inorgânicas.
Surfactante
Atualmente, os surfactantes mais utilizados incluem ácidos graxos, fosfatos e compostos poliméricos.
A estrutura do grupo alquil de cadeia longa em uma extremidade da molécula modificadora de ácido graxo é semelhante à dos polímeros. De acordo com o princípio de descrição semelhante, eles podem ser mais compatíveis com a matriz polimérica; grupos polares, como grupos carboxila na outra extremidade da molécula, podem ser usados em adsorção física ou química inorgânica na superfície de materiais (como carbonato de nanocálcio).
O éster de fosfato reage principalmente com íons fosfato e íons de cálcio para formar fosfato, que é revestido na superfície do carbonato de cálcio.
A modificação é realizada para melhorar as propriedades lipofílicas e hidrofóbicas da superfície nanométrica de carbonato de cálcio.
Os compostos poliméricos são modificados controlando o tamanho das partículas das nanopartículas para alterar seu estado superficial. Compostos poliméricos contendo grupos ácido sulfônico ou grupos ácido carboxílico podem ser usados como modificadores, principalmente grupos ionizáveis.
Agente de ligação
O agente de acoplamento é modificado pela combinação de dois materiais com propriedades muito diferentes, carbonato de cálcio e organismos, através de reações químicas ou emaranhados físicos com os grupos funcionais na superfície do carbonato de cálcio, respectivamente. Através da ponte molecular na superfície do carbonato de cálcio nanométrico, o agente de acoplamento é modificado. , melhorando a compatibilidade entre carbonato de cálcio nanométrico e materiais orgânicos.
O agente de acoplamento de titanato e o agente de acoplamento de aluminato são atualmente os modificadores de carbonato de nano-cálcio do agente de acoplamento mais comumente usados.
Polímeros e inorgânicos
O polímero é um tipo de modificador que forma uma camada de adsorção física ou química na superfície do carbonato de cálcio por meio de adsorção direcional e confere características de carga para evitar que as partículas de carbonato de cálcio se aglomerem e se aglomerem para melhorar a dispersão.
Como modificador, os eletrólitos inorgânicos são adsorvidos na superfície do carbonato de nanocálcio, o que pode aumentar significativamente o valor absoluto do potencial de superfície do carbonato de nanocálcio. Ao mesmo tempo, o grau de umedecimento entre a superfície do carbonato de nanocálcio e a água também é aumentado, o que, até certo ponto, impede a formação de carbonato de nanocálcio. agregação em água.
Modificadores de eletrólitos inorgânicos comumente usados incluem aluminato de sódio, silicato de sódio, alúmen, ácido fosfórico condensado, etc.
Método de modificação de nano carbonato de cálcio
Os métodos atuais usados para modificação de superfície de carbonato de cálcio nanométrico incluem principalmente: modificação de reação química local, modificação de revestimento de superfície, modificação de microemulsão, modificação mecânica e modificação de superfície de alta energia.
Modificação de reação química local
O método de modificação da reação química local atinge principalmente o propósito de modificação através da reação química entre os grupos funcionais de superfície do carbonato de cálcio nanométrico e o modificador. É dividido em dois processos: método seco e método úmido.
Modificação a seco: A modificação a seco consiste em adicionar carbonato de nanocálcio em uma amassadeira de alta velocidade, girá-la e aquecê-la. Quando for aquecido a uma determinada temperatura, adicione um modificador de superfície e realize a modificação de amassamento. A modificação a seco adota o método de mistura física e o processo é relativamente simples. No entanto, como o tamanho da partícula do carbonato de nanocálcio é muito pequeno, entre 40-60 nm, ele possui uma grande área superficial específica e eletricidade estática, e é fácil de condensar em partículas maiores. A aglomeração reduz o grau de ativação das partículas de carbonato de nanocálcio e a má dispersão, portanto o efeito de modificação não é ideal.
Modificação úmida: A modificação úmida consiste em adicionar modificadores de superfície à suspensão de nanocarbonato de cálcio para tratamento de superfície no estágio posterior de carbonização e completar a modificação da superfície sob certas temperaturas e condições de agitação. A modificação úmida é usada pelos fabricantes de carbonato de cálcio e seu fluxo de processo é:
Após a modificação úmida do nano carbonato de cálcio, ele precisa ser seco, disperso e embalado. Para a parte dispersante são recomendados três tipos de equipamentos como dispersores. Tem melhor efeito.
- Prepare uma certa massa de suspensão de Ca(OH)2, adicione uma quantidade apropriada de agente de controle de forma cristalina sob condições de aquecimento e agitação e, em seguida, introduza um gás misto de CO2 e N2 para carbonizar e meça a taxa de carbonização pelo método de titulação;
- Adicione uma quantidade apropriada de modificador de superfície à suspensão de carbonato de nanocálcio e mexa bem para fazer com que o modificador de superfície cubra uniformemente a superfície do carbonato de nanocálcio;
- Obtenha partículas de nanocarbonato de cálcio modificadas por via úmida por meio de filtração por sucção, secagem, trituração e peneiramento.
Método de modificação de revestimento de superfície
Refere-se a um método de modificação no qual o modificador de superfície e a superfície nanométrica de carbonato de cálcio são conectados apenas pela força de van der Waals ou métodos físicos sem reação química.
Este método pode adicionar surfactante à solução durante a preparação do carbonato de nanocálcio, atingindo o objetivo de preparação e modificação simultâneas, pois a presença do surfactante faz com que o carbonato de cálcio produzido por este método tenha boas propriedades de dispersão. melhorar.
Método de modificação de microemulsão
O método de modificação de microemulsão também é chamado de modificação de encapsulamento. Este método é modificado revestindo a superfície do carbonato de nanocálcio com uma película de outras substâncias para alterar as características inerentes da superfície da partícula.
Embora este método seja semelhante ao método de modificação do revestimento superficial, o filme revestido na superfície do carbonato de nanocálcio após a modificação por este método é mais uniforme do que aquele modificado pelo revestimento superficial.
Métodos de modificação mecanoquímica
O método de modificação mecanoquímica é um método de modificação que utiliza forte força mecânica para ativar propositalmente a superfície da partícula, fazendo com que a rede molecular se desloque, alterando sua estrutura física e química e a estrutura cristalina da superfície e melhorando a reatividade das partículas com substâncias orgânicas ou inorgânicas. .
Este método de modificação é muito eficaz para grandes partículas de carbonato de cálcio. Quanto ao carbonato de cálcio em nanoescala, devido ao seu pequeno tamanho de partícula, o método de modificação mecanoquímica por meio de britagem e moagem mecânica não pode mais exercer uma modificação excelente. Efeitos sexuais.
Aproveitar plenamente os nanoefeitos das nanopartículas, melhorar as propriedades superficiais das nanopartículas, melhorar a dispersão e compatibilidade das nanopartículas na matriz e preparar materiais compósitos com excelente desempenho ampliará os campos de aplicação dos materiais.
O nanocarbonato de cálcio é um produto de alta qualidade na área de carbonato de cálcio. À medida que a qualidade do nanocarbonato de cálcio do meu país melhora, o custo continua a diminuir. Agora pode não só substituir as importações, mas também começar a ser exportado para o mercado internacional. Acredito que as perspectivas de mercado do carbonato de nano cálcio doméstico se tornarão cada vez mais promissoras. .
