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【原創(chuàng)】不做填料,碳酸鈣還能這么用?


來源:中國粉體網(wǎng)   昧光

[導(dǎo)讀]  了解碳酸鈣涂層研究進(jìn)展。

中國粉體網(wǎng)訊 超疏水表面因其具有特殊的性能,在防水、防霧、自清潔、抗腐蝕、防覆冰和流動(dòng)減阻等諸多領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景,但如何量產(chǎn)低成本、低毒性、易涂覆且耐久性良好的超疏水涂層仍頗具挑戰(zhàn)性。

 

在自然界中,存在大量機(jī)械性能優(yōu)越且成分簡單的碳酸鈣基材料,引起了科學(xué)家的廣泛興趣;趯(duì)碳酸鈣成核和生長機(jī)理的深入研究,現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)生物礦化的調(diào)控,這在防污、抗垢、自清潔以及油水分離等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

 

 

固體顆粒接觸角與疏水性的密切關(guān)系

 

大量研究表明,低表面能和粗糙結(jié)構(gòu)是影響超疏水性能的最主要的影響因素,而這些一直都是碳酸鈣改性技術(shù)主要的研究內(nèi)容。簡單來講,碳酸鈣的改性方向就是降低表面能,保持分散性;增大接觸角,保障疏水性。

 

什么樣的碳酸鈣更適用于功能性涂層?如何改性?實(shí)際效果如何?

 

古衛(wèi)樂等合成了兩種不同晶型的碳酸鈣粉體,進(jìn)而與低表面能聚二甲基硅氧烷(PDMS)共混,噴涂得到超疏水涂層,并對(duì)其自清潔能力和耐沖擊性進(jìn)行了測試。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)硬脂酸鈉NaSt、油酸鈉NaOL表面活性劑用量為5%時(shí),碳酸鈣改性效果最好,疏水性最佳,由5%硬脂酸鈉改性的文石型碳酸鈣接觸角為127.5°,由5%油酸鈉改性的方解石型碳酸鈣接觸角為115.4°。進(jìn)一步研究了不同晶型碳酸鈣的用量對(duì)涂層疏水性能的影響,其中方解石型和文石型碳酸鈣涂層接觸角分別為151.4°和153.2°。最后研究了超疏水涂層的自清潔及耐沖擊性能。結(jié)果顯示,經(jīng)過500mL的水滴沖擊試驗(yàn)后,兩種晶型碳酸鈣超疏水涂層接觸角仍保持在140°以上,保持著優(yōu)異的疏水性。

 

程遠(yuǎn)等采用碳酸鈣晶須(CCWs)和納米碳酸鈣(CCNPs)為填料,通過粉體表面改性、涂料配比優(yōu)化、借鑒涂料施工工藝中“底漆-面漆”和打磨拋光的方法制備了超疏水涂層。研究表明,當(dāng)循環(huán)摩擦15次時(shí),涂層的接觸角可達(dá)153.88°,滾動(dòng)角達(dá)9.20°,涂層具有良好的自清潔性能和可人工修復(fù)功能。

 

碳酸鈣功能涂層可以在哪些基材表面應(yīng)用?

 

纖維

 

基于聚酰胺廢棄纖維的濕法涂層技術(shù)是目前制備商標(biāo)織帶等涂層紡織品的主要手段,也是聚酰胺纖維物理回收利用的重要方式,具有生產(chǎn)成本低,產(chǎn)品性能優(yōu)良等特點(diǎn)。碳酸鈣是一種廉價(jià)、無毒無害的無機(jī)粉末,作為填料被廣泛用于聚酰胺廢棄纖維的濕法涂層技術(shù),可增加商標(biāo)織帶表面涂層的厚度、白度及強(qiáng)度。

 

雷鵬飛等采用油酸原位合成的方法制取涂層用填充劑碳酸鈣,將其應(yīng)用于聚酰胺濕法涂層中,涂層膜的接觸角下降了8.29°,涂層織物的墨跡長度減小了10.42mm,涂層織物的pH值下降至7.27,吸墨性改善,pH值更符合紡織品安全標(biāo)準(zhǔn)。

 

蔣繼康等采用合成改性劑DOPO接枝改性碳酸鈣,在聚酰胺涂層中實(shí)現(xiàn)了均勻的分散,涂層孔洞結(jié)構(gòu)清晰、蓬松;涂層織物在潮濕環(huán)境下pH為7.02,符合環(huán)保要求,吸墨時(shí)間為89s,墨跡長度為53.4mm,打印條碼清晰無斷裂,評(píng)級(jí)達(dá)到A級(jí)。

 

陳智杰等采用含硅磷阻燃成分的偶聯(lián)改性劑對(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面接枝改性以提升分散性并賦予其阻燃功能,并成功在織物上構(gòu)建表面光滑平整的多孔、薄型聚酰胺涂層。研究表明,改性碳酸鈣具有良好的親油性,其所制聚酰胺6涂層織物擁有較好的阻燃效果。

 

混凝土

 

表面涂層技術(shù)是一種提高混凝土耐久性的有效措施,具有防水、防覆冰和自清潔性能的超疏水涂層是目前的研究熱點(diǎn)之一。

 

徐華鳳等利用聚多巴胺在混凝土表面誘導(dǎo)碳酸鈣礦化并將銀離子原位還原為納米銀,用以構(gòu)建微納復(fù)合粗糙結(jié)構(gòu),通過低表面能硅烷對(duì)其進(jìn)行疏水改性,得到了功能化的碳酸鈣仿生超疏水涂層。結(jié)果表明,在普通環(huán)境和模擬海水環(huán)境中,復(fù)合涂層樣品的體積吸水率相對(duì)于未處理樣品分別下降了90.3%、93.44%,表現(xiàn)出良好的防水、抗?jié)B透性能。復(fù)合涂層樣品在砂紙表面反復(fù)摩擦5米等效距離后,涂層的接觸角仍大于140°,其下降幅度僅為6.87%,表現(xiàn)出良好的耐磨性能。

 

為了提升戶外砂巖建筑的防腐耐污性,文亞萍等通過液相反應(yīng)合成了以碳酸鈣為基底材料,脂肪酸作為疏水改性材料的碳酸鈣基-脂肪酸改性涂層。研究表明,十八酸改性的球霰石碳酸鈣平均晶粒尺寸較大(31nm),砂巖表面粗糙度變化大,疏水角可達(dá)119°,耐污等級(jí)為5級(jí),吸水率僅為1.0%,對(duì)比未改性涂層處理砂巖樣品,有效的提高了砂巖表面耐污性。

 

玻璃

 

袁志清等開發(fā)了一種簡單易行的制備聚二甲基硅氧烷(PDMS)/CaCO的方法3基于超疏水涂層。獲得的涂層可以應(yīng)用于不同的基材,如牛皮紙、載玻片和銅板。涂層涂裝到玻璃基板上并在常溫條件下干燥后,涂層表面的接觸角可達(dá)160°,滑動(dòng)角度小于3°。剪切試驗(yàn)表明,超疏水性P3涂層具有很高的抗機(jī)械剪切性和粘附性,可以獲得穩(wěn)定的超疏水表面。戶外實(shí)驗(yàn)表明,硅酮樹脂與硬脂酸改性后的碳酸鈣制備成自清潔涂料,可以保留玻璃板85%以上的透明度,接觸角達(dá)到110°左右,防霧性能也良好,暴露在戶外4個(gè)月,自清潔性基本上沒有被破壞。

 

金屬

 

目前,墻板材料的自清潔行為非常受人關(guān)注,這種自潔行為通?梢酝ㄟ^構(gòu)建疏水表面來實(shí)現(xiàn)。劉昌洋等將鎂釹合金表面均勻沉積了一層約20微米厚的碳酸鈣膜,提高了合金在含氯離子的模擬混凝土孔隙液中的耐蝕性。采用全氟癸基三乙氧基硅烷對(duì)覆膜樣品進(jìn)行化學(xué)改性,可使其具備自清潔能力。

 

結(jié)語

 

目前,在包裝、餐具、建材、環(huán)保材料、紡織品、涂料、藥品等眾多領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了碳酸鈣功能涂層的應(yīng)用案例。隨著企業(yè)降本增效需求日益迫切,今后碳酸鈣功能性涂層的應(yīng)用必將越來越廣泛,應(yīng)用技術(shù)也將逐步成熟。

 

參考文獻(xiàn)

古衛(wèi)樂,等:碳酸鈣原位表面改性過程晶型調(diào)控及在超疏水涂層中應(yīng)用研究,湖北大學(xué)

于少康,等:無機(jī)礦物碳酸鈣的仿生礦化調(diào)控及其應(yīng)用研究,燕山大學(xué)

程遠(yuǎn),等:碳酸鈣晶須復(fù)合納米粒子制備超疏水涂層,中國科學(xué)院大學(xué)

徐華鳳,等:濱;炷帘砻婀δ芑牡V化復(fù)合涂層及耐久性研究,青島理工大學(xué)

文亞萍,等:砂巖保護(hù)材料碳酸鈣的制備及其改性研究,云南大學(xué)

袁志清,等:聚二甲基硅氧烷(PDMS)/CaCO的制備3基于超疏水涂層,湖南工業(yè)大學(xué)

雷鵬飛,等:油酸原位合成碳酸鈣及其在聚酰胺濕法涂層中的應(yīng)用,浙江理工大學(xué)

蔣繼康,等:DOPO-Si改性碳酸鈣的合成及其在聚酰胺濕法涂層中的應(yīng)用,浙江理工大學(xué)

陳智杰,等:硅磷改性碳酸鈣的合成及其在聚酰胺涂層中應(yīng)用

 

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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