（中國粉體技術網/班建偉）納米碳酸鈣由于具有較大的比表面積和很高的表面能， 在有機基體中極易發生團聚， 且其表面有許多羥基和表面親水疏油， 與非極性或弱極性物質的親和性較差， 致使有機基體和無機填料之間的相容性較差， 納米材料的優勢得不到應有的發揮。
一般而言， 納米材料的表面改性或者復合可以從3 個方面衍生基底材料特性： 1） 相容性， 無論何種改性， 必須有利于改善材料的物理、化學或者生物應用方面的相容性： 如表面的親水親油性或疏水疏油性， 生物相容性等； 2） 調控材料表界面的物理化學特性， 如改善表面的吸附、鍵合偶聯、催化等方面的特征； 調節材料在光、電、磁、熱等方面的特性等； 3） 改善或附加延伸材料的應用特性，如機械強度、延展性、阻隔性等特性。近年來， 國內一些學者如蓋國勝等針對納米碳酸鈣等粉體改性提出了新的觀點， 粉體改性實質是在微觀上造成復合材料內部的應力集中與破壞的棱角鈍化。對納米碳酸鈣進行改性， 表面尖銳棱角被包覆的納米顆粒層鈍化， 平整光滑的解理面也因納米顆粒層的沉積而變得粗糙。其表面既具備納米顆粒的優異特性， 又改變了微米級礦物顆粒的表面特征。通過對納米碳酸鈣粉體改性一則可以降低成本， 二則可以改善其原有性能， 如提高剛度、拉伸強度、導熱性等。圖1 給出了不同改性劑改性納米碳酸鈣的原理結構示意圖。
圖1不同改性劑改性納米碳酸鈣結構圖 納米碳酸鈣的改性途徑通常主要采用接枝、偶聯反應， 即在納米碳酸鈣表面接上一定的有機基團（如羧基等）， 偶聯劑、表面活性劑等， 可改善碳酸鈣的親水親油性， 或者在其表面包覆一定的致密層或膜層（如聚合物， 無機物， 氧化物等）， 改性后的納米碳酸鈣往往平均粒徑變小， 分布變窄， 有利于促進團聚粒子的分散和細化， 降低其表面能， 接觸角增大， 使其表面具有親油性， 可提高其在油性介質中的分散性。改善其與有機基料之間的潤濕性和結合力， 最大限度地提高材料的性能和填充量。常用于碳酸鈣表面處理的改性劑主要有無機物、表面活性劑、偶聯劑、聚合物等。圖2 列舉出了比較典型的不同改性劑對納米碳酸鈣改性后的SEM 圖。
圖2 不同的納米碳酸鈣改性后的SEM 圖1 無機物改性
納米碳酸鈣呈弱堿性， 耐酸性較差， 一定程度上限制了其使用范圍， 采用無機物對納米碳酸鈣進行表面改性， 可將其表面包覆形成完整而致密的包覆層， 強度較大， 由于表面包覆層的空間位阻作用和朝向外側基團的憎水作用使得氫離子無法接觸到內層的碳酸鈣粒子。一方面可以改善納米碳酸鈣的分散性， 且活化度提高， 幾乎可接近100%， 另一方面可以顯著提高其耐酸性， 擴大使用范圍。常使用的這類無機物有無機鹽、鋁酸、鋁酸鹽、明礬、鋇鹽、酸堿、無機粒子等。
Wu 等用鋁鹽（包括硫酸鋁、硫酸按鋁、輕基氯化鋁、聚合氯化鋁及其水合物或混合物） 處理碳酸鈣， 改性后的碳酸鈣具有較好的耐酸性， 可在中性或酸性造紙中用作填料。楊金鑫等以簡單的機械法和表面化學修飾相結合， 成功地制備除了具有“草莓” 結構且疏水性能良好的納米碳酸鈣／二氧化硅復合粒子， 粒徑分布均勻， 團聚粒子減少， 有效地提高了其分散性能。Kim 等用水合氟硅酸（H2SiF6） 改性碳酸鈣， 由于碳酸鈣呈弱堿性，改性后碳酸鈣表面覆蓋有無定形硅（Si） 和氟化鈣（CaF2） 的混合物， 形成強度較大的致密膜層， 相比未改性前， 極大地增強了碳酸鈣的抗酸性， 有望用于pH 值為6.0 左右的弱酸性陽極電泳漆。
2 表面活性劑
表面活性劑包括脂肪酸、樹脂酸及其鹽類，陰\ 陽離子、非離子型表面活性劑及高分子表面活性劑等。其分子的一端為長鏈烷基， 結構與聚合物分子相似， 因而和聚合物烯烴等有機高聚物有一定的相容性。分子的另一端為羧基、醚基等極性基團， 可以與碳酸鈣粒子表面發生物理化學吸附或化學反應， 覆蓋于填料粒子表面， 形成一層親油性結構， 與填料和樹脂有良好的相容性， 大幅度降低了聚合物粘度， 改善分散性和提高添加量。目前應用較多的表面活性劑有脂肪酸（鹽） 和磷酸酯（鹽）。
Jea 等用硬脂酸改性碳酸鈣， 考察了其對聚丙烯復合物流變性的影響。結果表明： 硬脂酸可降低填料表面與樹脂間的界面作用力。改性后的碳酸鈣提高了聚丙烯的沖擊韌性和拉伸強度。
3 偶聯劑
偶聯劑分子中的一部分基團可與礦物表面的各種官能團反應， 形成強有力的化學鍵， 另一部分基團可與有機高分子材料發生化學反應或物理纏繞，借助于這一偶聯劑的單分子層的“架橋” 作用， 從而將礦物與有機體兩種差異很大的材料牢固地結合起來。
目前用于納米碳酸鈣的偶聯劑主要有硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑及鋁酸酯偶聯劑。Domka等采用四異十八烷酰鈦酸酯改性碳酸鈣， 改性后的碳酸鈣可使丁二烯-苯乙烯橡膠的拉伸強度增加近100%。提高了復合材料的綜合性能。
劉立華等用鋁酸酷偶聯劑濕法改性納米碳酸鈣， 改性后其比表面積增大， 親油性和在有機相中的分散性明顯提高， 添加于有機硅密封膠中可增強其流變性能。近年來， 隨著高分子材料的發展， 大分子偶聯劑又成為一大研究熱點。它是一種新型高效的偶聯劑， 國內外對此研究報道也接二連三。
徐偉平等為進一步改善HDPE /納米碳酸鈣體系的性能， 采用一種大分子偶聯劑（聚合物型分散劑） 對納米碳酸鈣進行表面處理， 處理使得填充體系有良好的綜合性能， 且斷裂伸長率顯著提高， 加工性能也得到極大改善， 必將引起更多的關注。
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