探究納米碳酸鈣的表面改性及橡膠中的運(yùn)用

陸武邦

【摘? 要】納米碳酸鈣作為一種納米材料，在塑料及橡膠制品的運(yùn)用較多，其作為填料可以起到擴(kuò)容、增韌、增白、增強(qiáng)耐磨性等作用，還可以有效降低成本。因此，納米碳酸鈣一直是行業(yè)研究的重點(diǎn)，但納米碳酸鈣有易團(tuán)聚、與聚合物親和性差兩個(gè)缺陷，需要對(duì)其進(jìn)行表面改性來(lái)彌補(bǔ)缺陷，以此提高納米碳酸鈣與高聚物的親和性。本文就對(duì)納米碳酸鈣的表面改性展開(kāi)研究，并對(duì)其在橡膠中的運(yùn)用進(jìn)行詳細(xì)分析。

【關(guān)鍵詞】納米碳酸鈣;表面改性;橡膠

納米碳酸鈣作為一種重要的化工產(chǎn)品，在塑料、橡膠等行業(yè)運(yùn)用廣泛，其具有無(wú)毒、無(wú)刺激性、色澤好、價(jià)格低等明顯優(yōu)勢(shì)，但納米碳酸鈣自身也存在著易團(tuán)聚和與聚合物親和性差等缺陷，這兩個(gè)缺陷使得納米碳酸鈣運(yùn)用到橡膠中時(shí)很難均勻分散，因此需要對(duì)納米碳酸鈣的表面進(jìn)行改性工作，以此來(lái)降低成本、提高其材料性能。本文就對(duì)納米碳酸鈣的表面改性及橡膠中的運(yùn)用展開(kāi)探究，以期為后續(xù)研究提供思路和有效參考。

1納米碳酸鈣的表面改性工作

納米碳酸鈣具有多項(xiàng)明顯優(yōu)勢(shì)，但由于表面效應(yīng)的存在，使得納米碳酸鈣在有機(jī)介質(zhì)中應(yīng)用的時(shí)候會(huì)存在兩個(gè)缺陷：（1）納米碳酸鈣相比普通的微米碳酸鈣來(lái)說(shuō)，其顆粒的化學(xué)活性較大，容易團(tuán)聚，對(duì)使用效果影響很大;（2）納米碳酸鈣的表面能高，在高聚物中容易分散不均勻，且與高聚物的親和性較差，大大影響了材料性能，納米碳酸鈣的填充量越多缺陷會(huì)愈發(fā)明顯。為解決這些缺陷，提高納米碳酸鈣的性能，就需要對(duì)其進(jìn)行表面改性，DLVO理論認(rèn)為納米碳酸鈣易團(tuán)聚和分散是由于粒子間的分子吸引力和靜電排斥力引起的，因此可以利用電荷的作用使顆粒之間相互排斥，以此完成納米碳酸鈣的表面改性工作。下面就說(shuō)一說(shuō)表面改性的幾種方法。

1.1高能表面改性

高能表面改性是利用等離子體或X射線(xiàn)等高能射線(xiàn)來(lái)讓納米碳酸鈣進(jìn)行改性的方法。具體來(lái)說(shuō)，高能表面改性可通過(guò)以下方式進(jìn)行：（1）表面的輻照改性。研究表明，納米碳酸鈣表面的孤對(duì)電子狀態(tài)并不穩(wěn)定，很容易和大氣中的水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，這對(duì)納米碳酸鈣的性能有很大影響，要想進(jìn)一步提高其性能，可以利用高能輻射來(lái)激活納米碳酸鈣的表面，使兩者發(fā)生活性點(diǎn)反應(yīng)形成有機(jī)包覆層，以此來(lái)改善填料的表面性質(zhì)和高分子材料的相容性，達(dá)到改善納米碳酸鈣性能的目的;（2）等離子體的表面改性。等離子體對(duì)納米碳酸鈣的表面改性主要是利用等離子體之間的聚合技術(shù)，促使單體活化并吸附到固體表面成為表面自由基，表面自由基與等離子體發(fā)生發(fā)生聚合反應(yīng)會(huì)在納米碳酸鈣表面形成聚合物薄膜，達(dá)到表面改性的目的[1]。

1.2局部化學(xué)反應(yīng)改性

納米碳酸鈣最常見(jiàn)的改性方法就是利用處理劑和納米碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)來(lái)達(dá)到改性的目的。一般來(lái)說(shuō)，有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、偶聯(lián)劑等都屬于處理劑。（1）依據(jù)納米碳酸鈣的物理狀態(tài)可將表面改性的方法分為干法、濕法和干濕混合法三種。①干法。干法表面改性是指將改性劑噴灑到納米碳酸鈣上并進(jìn)行表面改性，這種改性方法需要在一定的溫度條件下進(jìn)行，加工工藝較為簡(jiǎn)單，成本也較低，出料之后可以直接進(jìn)行包裝和運(yùn)輸，但干法與濕法相比，其活化度和均勻度均略顯不足，需要借助改性機(jī)進(jìn)行操作;②濕法。濕法是指在納米碳酸鈣溶液中加入改性劑來(lái)進(jìn)行表面改性，濕法改性法的包覆效果好，其改性后的質(zhì)量高，但其工藝比較復(fù)雜，最后還需要增加干燥工藝來(lái)獲得干燥的活性碳酸鈣粉，此方法不便于包裝和運(yùn)輸;③干濕混合法。這種改性方法結(jié)合了干法和濕法兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，其改性效果好，需要先用濕法改性再用干法改性，整個(gè)流程較為繁瑣[2]。（2）根據(jù)處理劑的不同也可將表面改性的方法分為很多種，下面列舉幾種：①無(wú)機(jī)體的改性。無(wú)機(jī)體對(duì)提高納米碳酸鈣的性能有著不小的作用，一方面可以增加納米碳酸鈣的耐酸程度，另一方面可以改善納米碳酸鈣的分散性。這種改性方法的原理是兩者之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在納米碳酸鈣的表面形成一層“保護(hù)膜”，以此來(lái)改善納米碳酸鈣的分散性和親油性;②有機(jī)酸的包裹改性。納米碳酸鈣具有疏油親水的特點(diǎn)，利用有機(jī)酸可以將其緊密包裹，改性完成后納米碳酸鈣的親油性會(huì)得到明顯改善，與基體的相容性也得到提高;③偶聯(lián)劑的改性。利用偶聯(lián)劑對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)行表面改性主要是依據(jù)化學(xué)反應(yīng)將高分子基質(zhì)和納米碳酸鈣緊密聯(lián)系起來(lái)，以此達(dá)到材料綜合性能提高的目的;④聚合物的改性。采用聚合物對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)行表面改性有兩種方式，一是聚合物直接吸附在納米碳酸鈣表面來(lái)完成改性;二是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)引發(fā)聚合物在其表面形成高分子鏈接來(lái)完成納米碳酸鈣的表面改性。

2納米碳酸鈣在橡膠中的具體應(yīng)用

多項(xiàng)研究表明，將納米碳酸鈣表面改性后，填充到橡膠內(nèi)，制備出的橡膠有良好的綜合性能，具有拉伸性強(qiáng)、耐磨性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，下面來(lái)說(shuō)說(shuō)納米碳酸鈣在橡膠中的應(yīng)用。

2.1在粉末橡膠中的應(yīng)用

隨著對(duì)橡膠研究的深入，粉末橡膠逐漸興起，相比傳統(tǒng)的塊狀橡膠，粉末橡膠的優(yōu)勢(shì)更加明顯。具體研究表明，粉末橡膠的粒徑基本不會(huì)超過(guò)1毫米，粒徑小的同時(shí)其流動(dòng)性也很好，因此粉末橡膠在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中不會(huì)發(fā)生粘結(jié)成團(tuán) 的現(xiàn)象[3]。粉末橡膠在進(jìn)行制備時(shí)大多采用凝聚包覆法，這種制備方法工藝流程較為簡(jiǎn)單且容易控制，另一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)就是在粉末化系統(tǒng)中添加納米碳酸鈣等填料，粉末橡膠更容易使填料均勻分布，還可以使制出來(lái)的橡膠質(zhì)量更高。

2.2在塊狀橡膠中的應(yīng)用

納米碳酸鈣在橡膠制品中的應(yīng)用很廣泛，有著明顯的硫化促進(jìn)和補(bǔ)強(qiáng)效果。一般來(lái)說(shuō)，彩色和淺色的橡膠制品多使用納米碳酸鈣作為填充料，用納米碳酸鈣填充的橡膠制品比普通碳酸鈣填充的橡膠制品綜合性能更強(qiáng)，在耐磨性、撕裂性、伸張率等方面都有著明顯的提高。而且，由于納米碳酸鈣作為填充物的優(yōu)勢(shì)明顯，很多情況下已經(jīng)逐漸取代了其他的填充物，廣泛被用于多種橡膠制品中。

3結(jié)語(yǔ)

納米碳酸鈣作為新型填充材料，提高其自身性能具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前我國(guó)碳酸鈣的產(chǎn)品仍比較單一，高端納米碳酸鈣產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)能力仍有待提升，因此更需要進(jìn)一步加強(qiáng)納米碳酸鈣的研究工作，提高其自身性能和性?xún)r(jià)比，并將其更加廣泛地應(yīng)用到塑料、橡膠等更多行業(yè)領(lǐng)域中，促進(jìn)納米材料及其行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]刁潤(rùn)麗，張曉麗. 納米碳酸鈣的表面改性研究進(jìn)展[J]. 礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2018，000（001）：146-150.

[2]楊雷，鄧金營(yíng)，鄧長(zhǎng)征，黃含麗.納米碳酸鈣的合成、表面改性以及應(yīng)用[J].廣東化工，2019，46（05）：124-125.

[3]聞新春. 納米碳酸鈣的表面改性及其在橡膠中的運(yùn)用[J]. 化工管理，2016，000（029）：168.

（作者單位：廣西華納新材料科技有限公司）