中國粉體網(wǎng)訊 為了改善納米碳酸鈣的表面性能，國內(nèi)外采用有機物、無機物對其進行包覆改性，其中以二氧化硅的包覆改性居多。

核殼結(jié)構(gòu)CaCO₃@SiO₂就是采用無機物SiO₂對納米碳酸鈣顆粒進行表面包覆改性，以解決納米碳酸鈣在應(yīng)用時顆粒易二次團聚，穩(wěn)定性和分散性能不理想，避免采用有機物改性納米碳酸鈣在材料成型加工過程中易產(chǎn)生黃變，存在白度、光澤、耐老化、機械性能差等一系列問題。

CaCO₃和CaCO₃@SiO₂的透射電鏡圖

1、CaCO₃@SiO₂復(fù)合顆粒的制備方法

目前，CaCO₃@SiO₂復(fù)合顆粒的制備方法主要有機械力化學(xué)法、微波沉淀法、硅酸鈉-酸沉淀法和Stöber法。

其中，機械力化學(xué)法和微波沉淀法是利用已有的SiO₂與CaCO₃形成復(fù)合顆粒，而硅酸鈉-酸沉淀法和Stöber法是在復(fù)合過程中首先形成硅酸（H₂SiO₃），再經(jīng)由穩(wěn)定透明的溶膠體系陳化、絮凝并縮聚成為SiO₂，最終在CaCO₃表面形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠并沉淀。

2、CaCO₃@SiO₂復(fù)合材料應(yīng)用

（1）改性CaCO₃@SiO₂復(fù)合顆粒制備超疏水涂層

王新豪等研究表明，納米CaCO₃/SiO₂復(fù)合體系在水中分散性良好的最佳試驗組合方案為：分散劑濃度為7%，溫度為55℃，pH值為9，納米CaCO₃和SiO₂質(zhì)量配比為65:35，復(fù)合分散體系的穩(wěn)定性最佳。此時，納米CaCO₃/SiO₂復(fù)合體系粒子平均粒徑為5.26μm，粘度為18mpa·s，靜置24h的分散度為97.5%。

通過觀察荷葉、稻葉、蝴蝶翅膀和壁虎腳等表面的天然超疏水現(xiàn)象，研究人員對特殊的粘附性和自清潔性產(chǎn)生了濃厚興趣，開展了大量研究。陳代梅等采用碳酸化法制備CaCO₃@SiO₂及其性能和應(yīng)用，結(jié)果表明：CaCO₃@SiO₂具有CaCO₃表面均勻包覆納米SiO₂的二元結(jié)構(gòu)特征，其比表面積、耐紫外和耐酸性能相比CaCO₃顯著提高。CaCO₃@SiO₂經(jīng)十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）改性制得的超疏水自清潔涂層水接觸角和滾動角分別為155.3°和2.1°，并具有良好的耐紫外穩(wěn)定性。

廣西民族大學(xué)聯(lián)合廣西華納新材料股份有限公司進行中試放大試驗生產(chǎn)CaCO₃@SiO₂納米顆粒，產(chǎn)品為核殼結(jié)構(gòu)的CaCO₃@SiO₂納米顆粒，殼層是一厚度為5nm左右的二氧化硅。與CaCO₃相比，CaCO₃@SiO₂納米顆粒在空氣中穩(wěn)定性更好，在軟PVC中應(yīng)用，加工流動性、色差指標(biāo)更優(yōu)；在硅酮膠中應(yīng)用，拉伸強度和模量指標(biāo)有所提高，可以解決納米碳酸鈣應(yīng)用中存在的黃變、分散、流動、機械強度等問題。

（2）CaCO₃@SiO₂復(fù)合顆粒作填料

CaCO₃具有廣泛易得、色白及價廉的特點，因而成為橡膠、造紙和涂料等工業(yè)中用量最大的淺色礦物填料之一。研究表明，應(yīng)用CaCO₃@SiO₂的紙張具有比應(yīng)用純SiO₂紙張更高的平滑度（60.8%）和光澤度（78.4%），具有比應(yīng)用純CaCO₃紙張更高的密度（28.8%）和清晰度（4.1%）。

另外，研究人員發(fā)現(xiàn)在制備硅橡膠時加入核殼結(jié)構(gòu)的CaCO₃@SiO₂復(fù)合顆粒除可解決CaCO₃與基體結(jié)合不佳及附加值低的問題外，還可解決純SiO₂作為補強劑聚集程度高及流動性強導(dǎo)致的成本高和補強效果不佳的問題。

2025年4月10-11日，由中國粉體網(wǎng)主辦的第四屆全國碳酸鈣產(chǎn)業(yè)高值化發(fā)展交流大會將在安徽·池州舉行，屆時中國地質(zhì)大學(xué)（北京）陳代梅教授將在大會上作《碳酸鈣復(fù)合功能材料的構(gòu)建與功能化研究》主題報告，介紹采用碳酸化法制備CaCO₃@SiO₂的全流程技術(shù)工藝及其性能和應(yīng)用前景。

專家介紹

陳代梅，教授，博士生導(dǎo)師，博士畢業(yè)于天津大學(xué)。主要從事環(huán)境和能源催化材料及其應(yīng)用研究。目前兼任中國感光學(xué)會光催化專業(yè)委員會委員、中國化學(xué)快報青年編委會委員、中國化學(xué)學(xué)會會員。

主持和參與國家自然基金、教育部高�；�本業(yè)務(wù)經(jīng)費項目、省科技廳項目、科技支撐項目和企業(yè)合作項目等20余項。2018年獲得中國循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)協(xié)會科學(xué)技術(shù)進步一等獎（排名第三）。2019年獲得綠色礦山科學(xué)技術(shù)一等獎（排名第二）。

近幾年，以第一作者和通訊作者在權(quán)威國際期刊Appl.Catal.B-Environ.,J.Hazard.Mater.,Chinese J.Catal.，ACSAppl.Mater.Interface,Chem.Eng.J.等發(fā)表SCI論文100多篇，引用達(dá)9000多次，其中9篇文章選1% ESI Highly-Cited論文，單H值為48。2018年被英國皇家學(xué)會評為1%高被引作者，被催化學(xué)報評為優(yōu)秀作者。全球?qū)W者庫評出的“全球頂尖前10萬科學(xué)家名單”以及美國斯坦福大學(xué)發(fā)布的2024年全球前2%頂尖科學(xué)家。

參考來源：

陳代梅：碳酸鈣復(fù)合功能材料的構(gòu)建與功能化研究，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）

張涵：CaCO₃@SiO₂復(fù)合顆粒的制備及應(yīng)用研究進展，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）

王新豪：納米CaCO₃/SiO₂復(fù)合分散體系的制備及其穩(wěn)定性與膠凝性研究，中國礦業(yè)大學(xué)

朱天孝：5萬t/aCaCO₃@SiO₂納米顆粒的產(chǎn)業(yè)化實踐，廣西民族大學(xué)

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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