超细CaCO_3的表面改性及应用

本文系统介绍了超细碳酸钙填料生产及表面改性的方法，并对其在造纸。塑料、橡胶工业中的应用进展进行了综述。     

硅烷偶联剂改性纳米SiO_2的分散性能

用硅烷偶联剂KH-570对纳米SiO2进行表面改性,用红外光谱仪(IR)、热重(TA)、Zeta电位、SEM、性能测试等对改性纳米SiO2进行了研究,结果表明,偶联剂KH-570与SiO2化学结合形成了Si—O—Si键,其附着量约5.8%,结合溶剂水约10.35%;改性纳米SiO2在乙醇介质中的Zeta电位由-14.9 mV减小到-41.1mV,体系稳定性可达60 h以上;改性SiO2用作光固化牙科复合树脂的填料,分散性显著提高,其维氏硬度、压缩强度、弹性弯曲强度等性能提高10%以上。     

不同清洗条件对回收纳米铁粉分散性能影响

通过清洗法回收冷轧磁过滤物中的纳米铁粉,讨论不同清洗剂、固液分离方式对纳米铁粉的分散性能的影响,对比表面活性剂F、油酸、聚乙烯吡咯烷酮、烷基糖苷在壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、Na2Si O3、乙二胺四乙酸、正丁醇协同作用下通过不同固液分离方式得到产品铁粉的分散性能。结果表明:合适的清洗剂组成是质量分数为0.6%的聚乙烯吡咯烷酮或质量分数为0.2%的烷基糖苷、质量分数为0.7%的壬基酚聚氧乙烯醚、质量分数为0.5%的脂肪醇聚氧乙烯醚、质量分数为2%的Na2Si O3、质量分数为0.1%的乙二酸四乙胺、质量分数为0.1%的正丁醇,其余为去离子水;固液分离方式采用离心分离。     

微米α-Al_2O_3粉体的细化及其悬浮液的分散稳定性

在微米α-Al2O3粉体悬浮液中分别加入无机电解质类分散剂六偏磷酸钠、阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵、阴离子型表面活性剂油酸和非离子型表面活性剂异丙醇胺,并对悬浮液进行球磨分散,研究分散剂加球磨复合分散下的最优分散剂及最佳球磨参数;引入超声分散,对比分析在加入分散剂的情况下,先球磨再超声和只进行球磨时的分散效果。结果表明,采用十六烷基三甲基氯化铵为分散剂,先球磨2 h再超声分散15 min的分散效果最好,沉降24 h后的悬浮率为62%左右,平均粒径为243 nm。     

超重力场中合成超微细CaCO_3的粒度控制研究

在超重力场中合成了平均粒径１６ｎｍ左右的超微细ＣａＣＯ３，讨论了离心加速度、不同种类粒度控制剂对产品粒径的影响和作用机理。     

加料方式对超细氧化亚铜粉体分散性与粒度稳定性的影响

在不加任何添加剂和高反应物浓度的条件下, 用CuSO₄、NaOH、葡萄糖为原料制备了Cu₂O球形粉体. 利用扫描电镜和smileview软件对Cu₂O粉体进行了表征分析, 主要考察了加料方式对Cu₂O颗料的分散性与粒度稳定性的影响, 并根据Lamer模型初步探讨了其影响机理. 结果表明, 当采用先将NaOH溶液与CuSO₄溶液分步缓慢混合制备Cu(OH)₂作为铜源, 再加入葡萄糖还原Cu(OH)₂制备Cu₂O的加料方式时, Cu₂O颗粒按“爆发成核, 缓慢生长”的模式形成, 制得的Cu₂O粉体分散性高, 粒度稳定性好. 分散性高是由于缓慢的晶核生长有利于通过搅拌作用使初始晶核间的软团聚体再分散, 避免软团聚体进一步通过化学键合发展成为硬团聚. 粒度稳定性好的原因是将NaOH溶液分步缓慢加入到CuSO₄溶液中制备的前驱体Cu(OH)₂热稳定性好, 较好地保持了前驱体升温过程中铜源组分的单一性, 避免了还原过程中出现二次成核现象.     

硅灰石表面有机改性及对颗粒分散性的影响

为降低硅灰石颗粒表面的亲水性,改善其在有机介质中的分散性和界面结合作用,采用硬脂酸钠为改性剂对硅灰石进行表面改性,对改性工艺各影响因素进行试验考查,对改性后硅灰石表面润湿性和在有机介质中的分散性进行表征。结果表明:硅灰石经硬脂酸钠改性后,在水中的润湿接触角由改性前的10.83°增大为69.33°,表面自由能由102.17 m J/m~2减小至41.78 m J/m~2,改性硅灰石在煤油中的分散性显著提高,通过热力学分析解释改性前后硅灰石颗粒分散性变化的趋势。     

PAA与PBTCA对CaCO3显微结构的影响

利用扫描电镜(ＳＥＭ)和原子力显微镜(ＡＦＭ)研究了分散剂ＰＡＡ与ＰＢＴＣＡ对ＣａＣＯ _３显微结构的影响．结果表明,与ＰＡＡ相比,ＰＢＴＣＡ对ＣａＣＯ_３的沉积形貌具有更大的影响．ＳＥＭ表明,在两种分散剂的存在下,沉积物的形貌皆发生了变化,随着阻滞影响增大,沉积物晶型畸变程度随之严重,沉积物形貌的分维值也随之增大．ＸＲＤ分析表明,随着阻滞影响增大,ＣａＣＯ_３晶相中球霰石的含量增大．在分散剂存在下,热力学上属亚稳态的文石和球霰石从动力学上被稳定住了．ＡＦＭ研究表明,随着阻滞影响增大,ＣａＣＯ_３晶体表面上台阶间距变大．同时,发现了ＣａＣＯ_３晶体表面台阶的聚并现象并进行了讨论．     

纳米碳酸钙表面处理对PVC／CaCO3性能的影响

采用硬脂酸与硅烷偶联剂表面处理、PMMA水解接枝处理等方法对CaCO3进行表面改性,考察改性纳米钙对PVC／CaCO3复合材料力学性能的影响。     

BaTiO3颗粒对分散剂PMAA-NH4的吸附机制研究

通过ζ电位测量及FTIR分析,研究了BaTiO3颗粒对阴离子型分散剂PMAA-NH4的吸附机制.结果表明,加入PMAA-NH4后,由于BaTiO3颗粒表面上存在Ba-OH2+的正电荷中心,从而吸附了分散剂的阴离子,使BaTiO3表面带电特性改变,等电点由pH=5.1移至pH=3.5.当pH=10,PMAA-NH4的加入量为0.8wt%时,BaTiO3颗粒表面吸附达到饱和,可以得到稳定性好的BaTiO3悬浮体.     

聚羧酸型梳状共聚物的合成和超分散性能研究

以聚氧乙烯甲基烯丙基二醚(APEO-n)、顺丁烯二酸酐(MAn)、苯乙烯(St)等为共聚单体,采用不同引发剂,合成了一系列聚羧酸型梳状共聚物超分散剂,并以PEO-n单酯化得酯化产物,研究了共聚物的结构、组成、添加量等对水泥粒子分散性能的影响。结果表明：超分散剂的性能受端基效应、酯化作用、接枝链的长度和密度的影响,当接枝链长度为30时,分散性能良好。     

铝酸酯偶联剂的合成及其对PVC／L－CaCO_3和HP／L－CaCO_3的改性作用

通过异丙醇铝与相应的有机酸反应，合成了４种单核型铝酸酯偶联剂。粘度法测定结果表明，它们对碳酸钙粒子均有很好的表面改性作用。初步试验表明，有３种铝酸酯可明显提高软质ＰＶＣ／Ｌ－ＣａＣＯ_３共混物的力学性能，但４种铝酸酯对ＰＰ／Ｌ－ＣａＣＯ_３共混物的力学性能均无改善，说明铝酸酯的偶联作用不但与它们的分子结构有关，而且和偶联的对象有关。     

SMA共聚物的合成及对超细颜料水性体系的分散作用

采用溶液聚合法合成了苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）,用FT-IR、^13C-NMR、GPC等方法对所合成的共聚物进行了表征。结果表明,共聚物是MSM和SSM为主的无规聚合物,其分子量为27.599,多分散指数为2.35,具有较窄的分子量分布。将SMA用于超细颜料水性分散体系,发现体系的离心稳定性随SMA特性黏度的减小及马来酸酐含量的增加呈先增大后减小的趋势,加入第三单体甲基丙烯酸甲酯使分散体系的离心稳定性降低.当SMA的特性黏度为21ml/g～23ml/g,马来酸酐摩尔百分含量（FMA）为38.3%时,所制备的颜料分散液具有良好的分散性能,其黏度、粒径、表面张力均达到喷墨印花用墨水的要求。     

分子量对β-PP/纳米CaCO_3复合物冲击强度的影响

采用差示扫描量热(DSC)、冲击试验和扫描电镜研究了不同分子量β晶型聚丙烯(β-PP)/纳米CaCO_3复合物在不同成核剂含量下的晶体含量和冲击强度。结果表明,随着成核剂含量的升高,不同分子量的复合物样品的冲击强度都呈先上升后下降的趋势,在0.1%(质量分数,下同)时都出现峰值,由低分子量PP为基体的样品冲击强度从3.5 kJ/m~2上升至9.1 kJ/m~2,提高幅度达160%,由高分子量PP为基体的样品从8.2 kJ/m~2上升至41.3 kJ/m~2,提高幅度达500%。β晶体含量对复合物冲击强度的贡献不大,但明显取决于PP的分子量及β晶体的形态。     

以第一性原理研究CaCO_3的表面能与电子结构

采用第一性原理方法和slab模型研究了方解石型CaCO3(10~10)和(0001)晶面的表面能、表面驰豫与电子结构。结果表明(0001)面因较高的表面能而更不稳定,易与其它物质反应且具有较快的生长速度。(10-10)晶面因表面能低而生长缓慢,容易暴露。弛豫后(10-10)表面的Ca、C原子向内收缩而O原子却略微向外扩张,CO2-3集团发生转动使结构更稳定。(0001)表面的Ca原子以及第二层的C、O原子均向内收缩并且原子弛豫程度比(10-10)面大。计算的DOS表明:与CaCO3体相约5.0eV的带隙相比,表面结构的带隙略微减少,而(0001)表面减少更多。虽然表面C原子与O原子由于强烈的DOS交叠形成典型的共价键,而Ca-O键则相对较弱,(0001)表面结构的C-O和Ca-O键相对更弱,且表面稳定性主要与O-p电子有关。电荷密度表明(0001)面内的C原子与周围3个O原子之间存在强烈的C-O共价键而组成三角形状的CO2-3集团,其键能远大于Ca-O键。(10-10)表面模型的CO和Ca-O键均比(0001)面强,并且表面的电荷密度也高于(0001)面,因而更稳定。     

端羧基分散剂对PS/纳米CaCO_3复合材料性能的影响

以巯基乙酸为链转移剂制备了不同分子量的含端羧基聚丙烯酸丁酯(PBACOOH)低聚物分散剂,并将其用于聚苯乙烯(PS)/纳米CaCO3复合材料的分散改性。通过动态流变仪、电子拉力机及差示扫描量热仪对复合材料性能进行表征。结果表明,PBACOOH可提高PS/纳米CaCO3复合材料的拉伸强度及缺口冲击强度,缺口冲击强度的增幅最高可达54%。含量为纳米粒子用量1%(质量分数)的PBACOOH分散剂使复合材料熔体储能模量、损耗模量及黏度下降,G′与G″的交点频率向高频方向移动。随分子量降低及端羧基含量增加,物理老化试样在Tg转变区的解缠结热焓增大。     

纳米CaCO_3对CPE/ACR共混增韧PVC力学性能的影响

研究了纳米碳酸钙(CaCO_3)对氯化聚乙烯(CPE)/丙烯酸树脂(ACR)/聚氯乙烯(PVC)共混体系力学性能的影响,并通过动态机械热分析(DMA)和扫描电子显微镜(SEM)对共混体系的力学松弛行为、纳米CaCO_3在CPE/ACR/PVC共混体系中的分散状态及共混体系的断面形貌特征进行了表征。结果表明,纳米CaCO_3能够显著提高CPE/ACR/PVC共混体系的冲击性能,而不降低共混体系的强度。加入纳米CaCO_3后,共混体系的低温损耗(tanδ)峰强度显著增大,并且与冲击强度的变化具有很好的对应性。SEM观察发现,8 phr纳米CaCO_3可在CPE/ACR/PVC基体中形成纳米尺度的均匀分散,加入过多纳米CaCO_3则会出现明显的团聚。     

ZnO-Al2O3混合粉体水基悬浮液性能的研究

通过Zeta电位、粘度、沉降等测试,研究了添加剂含量、pH值、固含量和球磨时间对ZnO-Al₂O₃混合粉体水基悬浮液的稳定性、流动性等的影响.实验结果表明：当pH值为9左右,聚丙烯酸添加质量分数为0.20%时,悬浮液粘度最低、稳定性最好.可制得固相体积分数55%的悬浮液.聚乙二醇添加量的增加,使悬浮液粘度增大、稳定性下降.该实验条件下,球磨时间以40h为佳.