纳米碳酸钙包覆微米硅灰石复合矿物颗粒研究wollastonite

纳米碳酸钙包覆微米硅灰石复合矿物颗粒研究

摘要研究了纳米碳酸钙包覆微米硅灰石颗粒的工艺条件，确定了合理的因素水平(如Ca (OH)2浓度、Co2的通入速率，反应温度、搅拌速度、添加剂的种类、添加剂的加入量，被包覆粒子的浓度等），使纳米碳酸钙均匀细密地包覆于微米硅灰石颗粒表面。在PP中的填充试验表明，这种纳米碳酸钙包覆的硅灰石用作填料，聚丙烯的冲击强度提高了50%．

无论哪种粉体，目前工业上已不满足于对单一材料微细粒子的亚微米级的追求，而纳米粒子虽然从理论上说具备很多优异功能，但由于它极易团聚，其分散问题又属于攻关课题，因此限制了纳米粒子的应用。超细复合粒子在很大程度上可以解决纳米粒子不易分散的难题，通过对材料粒子进行设计，赋予粒子某种新的物理、化学性能或某种形状来满足需要，新材料具有以往材料所不具备的特殊性能或是具有两种材料的复合功能。

1包覆式超细复合粒子制备

    超细复合粒子是指两种或两种以上的超细粒子．经表面包覆或复合处理后形成的超细粒子。它除了具有单一超细粒子所具有的表面效应、体积效应及量子尺寸效应外，还具有复合协同多种功能、改变单一粒子表面性质以及增大两种或多种组分的接触面积等作用。

    超细复合粒子可分为多种：按粒子成分，可分为有机一有机、有机一无机、无机一无机三种；按粒子大小，可分为微米一亚微米、微米一纳米、纳米一纳米等；按复合方式，可分为包覆式和混合式。由于包覆

式超细复合粒子不但可制备多功能复合粒子，而且还广泛地用于粒子表面改性，所以包覆式粒子在超细复合粒子中非常重要。

2  纳米碳酸钙包覆微米硅灰石的意义

    对微米硅灰石来讲，纳米碳酸钙是其表面修饰剂，把由于机械破碎而形成的锐利的棱角钝化，同时使平整的晶体解理面变得粗糙。粗糙度较大的平面能使接触角减小，同时也会更容易被偶联剂浸润，从而更倾向于与聚合物基体形成良好的界面粘结。

    对于纳米碳酸钙来讲，它紧密地包覆在微米级硅灰石粒子表面，总体尺度仍为微米级，所以不存在难分散的问题，并且整个颗粒内部为实心核，不象团聚体那样存在空隙，减少了缺陷的发生。

    包覆的碳酸钙粒子可提高硅灰石的白度，使其适用于白色或浅色制品中。

    由于表面包覆的碳酸钙为纳米级，所以包霾粒子的比表面积大为提高，粒子表面能和化学活性都有所提高，使得无机填料粒子与有机高分子能更好地粘结，形成良好的界面。

3试验部分

    在本试验中，我们采用石灰乳一步碳化法：在一定的工艺条件下，向石灰乳中通入二氧化碳气体，控制反应时间和温度等，‘并在碳化过程中向部分碳化的石灰乳液中添加一定量的添加剂，以控制碳酸钙的晶型及粒度。

    具体工艺为：先将生石灰消化约h左右，制得石灰乳。然后将石灰乳过滤，滤去生石灰残渣。将石灰乳注入反应釜，并将硅灰石（1250目）匀速倒入釜中，开启CO z气瓶，反应开始。反应过程中可加入外加剂聚乙二醇控制团聚现象，可调整通入的CO z速

率、可调换乳化机的定子并调整水流大小，以控制反应温度。在整个包覆过程中，工艺参数的控制最为关键。反应的完成可用溶液pH值控制，当pH值为7时，反应终止。反应时间大概为15min,视不同的工艺参数而不同。放出料浆后，喷雾干燥得包覆产品。

    通过包覆前后硅灰石的照片可看出：包覆前硅灰石有光滑的表面，且棱角突出，易造成应力集中；而包覆后，硅灰石表面明显包覆了一层纳米级的类球型碳酸钙，纳米粒子大概在50- lOonm之间。包覆后比表面积明显增大，由包覆前的29m2/g增大到包覆后5.5m2/g.比表面积增大，可提高硅灰石填料表面的化学活性，使其表面化学能提高，从而提高填料与塑料基体的结合力，塑料的力学性能有所提高。

4 2塑料力学性能对比

    由图3可看出，虽然包覆后的硅灰石添加到聚丙烯中制品的弯曲强度与拉伸强度，比添加未包覆硅灰石时的弯曲强度与拉伸强度没有提高，但是冲击强度提高了50%，这在很大程度上弥补了聚丙烯在实际应用中冲击强度低的缺点。

5结论

    目前，包覆式超细复合粒子的制备方法很多，但无论采用哪种方法，若要得到高性能的单分散复合粒子，都必须解决已有粒子在介质中的分散这个难题，这一点在有纳米粒子存在时显得尤为重要。我们研究的纳米碳酸钙包覆微米颗粒的课题，在一定程度上解决了这一问题，但还不够。今后，超细复合粒子将向着复合更细、多层复合以及产品粒子的形态和功能易控制等方面发展。