Aplicación de ácido esteárico en la modificación superficial de carbonato de calcio nanométrico
Hay dos defectos importantes en la aplicación de carbonato de nano-calcio a medios orgánicos: uno es que el carbonato de nano-calcio es un material inorgánico con superficie hidrofílica y oleofóbica. Tiene escasa dispersión en polímeros y escasa afinidad con organismos. Es fácil formar aglomerados a, lo que conduce a la degradación del rendimiento del material; En segundo lugar, el carbonato de nano-calcio tiene un tamaño de partícula pequeño, una gran cantidad de átomos de superficie, una gran energía de superficie, una fuerte interacción entre las partículas, que forma fácilmente una aglomeración de polvo de carbonato de nano-calcio. A medida que aumenta la cantidad de carbonato de nano-calcio utilizado, estos defectos se vuelven más obvios, el llenado excesivo inutiliza el material.
El ácido esteárico es un ácido graso saturado de cadena larga de carbono común. Tiene tanto el extremo lipófilo de la cadena de carbono larga como el extremo hidrófilo del grupo carboxilo. La superficie del carbonato de calcio nano es hidrófila, por lo que el ácido esteárico se recubre en el nano, la superficie del carbonato de calcio puede mejorar en gran medida su lipofilia. Cuando se rellena con caucho, plásticos, tintas avanzadas, su gran área de superficie específica y su alta energía de superficie específica son beneficiosos para la relación entre las partículas de carbonato de calcio y las moléculas de polímero orgánico. La fuerte unión entre ellos puede hacer que la superficie del producto sea brillante y tenga un excelente rendimiento.
1. El mecanismo de recubrimiento de ácido esteárico modificado de carbonato de calcio nanométrico
En los últimos años, los estudios sobre el recubrimiento y la modificación de carbonato de calcio nanométrico con ácido esteárico también han surgido sin cesar.
Chen Yijian y col. exploró el proceso de formación de cristales de carbonato de calcio monocapa de ácido esteárico (SA) en la interfaz aire-agua. Usando microscopio electrónico y microscopio de ángulo Brewster in situ para pruebas y caracterización, se observó que bajo la monocapa de ácido esteárico, los cristales finales de carbonato de calcio se formaron por precursores de partículas en lugar de derivarse directamente de la solvatación. ion. A partir de la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la microscopía electrónica de transmisión (TEM), se puede encontrar que las partículas precursoras son esferas uniformes de carbonato cálcico amorfo con un diámetro de menos de 100 nm. El experimento consiste en producir carbonato de calcio mediante la reacción de Ca (OH) 2 y CO2. El carbonato de calcio amorfo se produce en la etapa inicial de mineralización y existe de manera estable durante al menos 0,5 h. A medida que aumenta la cantidad, el carbonato de calcio amorfo se agrega para formar carbonato de calcio en fase calcita.
Xuetao Shi y col. usó ácido esteárico comercial para revestir carbonato cálcico precipitado en condiciones de fase acuosa, el contenido de ácido esteárico en el carbonato cálcico revestido fue del 3% al 13,5%. El análisis infrarrojo de Fourier (FTIR), termogravimétrico (TG) y calorimetría diferencial de barrido (DSC) mostró que no hay ácido esteárico libre en la superficie del carbonato de calcio, solo estearato de calcio. Se encuentra que el estearato de calcio formado es parcialmente adsorbido químicamente y parcialmente adsorbido físicamente sobre la superficie de la capa de revestimiento, y puede resolver el problema de que el carbonato de calcio no puede revestirse completamente sobre la superficie en condiciones de fase acuosa. La cantidad máxima de recubrimiento es 3,25%.
2. El efecto de los ácidos grasos de cadena larga sobre el carbonato de calcio
Los ácidos grasos de cadena larga también tienen un efecto importante sobre la formación de carbonato de calcio.
Jiuxin Jiang y col. añadió varios ácidos grasos de cadena larga: ácido láurico (ácido láurico), ácido palmítico (ácido hexadecanoico) y ácido esteárico (ácido octadecanoico) mientras se insufla dióxido de carbono en la suspensión de hidróxido de calcio. Ácido) para explorar la formación de carbonato de calcio. Se encontró que la adición de ácidos grasos de cadena larga no afectó la forma cristalina del carbonato de calcio, pero sí afectó la morfología de las partículas de carbonato de calcio producidas. Cuando se agrega ácido láurico, la dispersabilidad de las partículas de carbonato de calcio mejora enormemente; cuando se añaden una gran cantidad de ácido palmítico y ácido esteárico, se forman una estructura similar a un microrodillo y una estructura similar a un huso. El autor propone que durante la reacción de carbonización de hidróxido de calcio y dióxido de carbono, por un lado, la longitud de la cadena de carbono afecta la forma de las micelas formadas por la suspensión de hidróxido de calcio, por otro lado, el modo de contacto entre las micelas. determina la formación final. La morfología del carbonato de calcio.
Hao Wang y col. estudiaron los efectos de agentes limpiadores como polímeros, ácidos grasos, líquidos jabonosos sobre la cristalización, nucleación y sedimentación del carbonato cálcico activo en superficies duras (como acero inoxidable y superficies de silicio). Por lo tanto, siguiendo el mismo principio, se indica cómo el lavavajillas puede eliminar mejor las manchas de aceite durante el proceso de limpieza con detergente.
3. Aplicación de nanocarbonato cálcico activo
El nanocarbonato cálcico modificado por ácido esteárico tiene una influencia importante como relleno para polímeros orgánicos como la resina de silicona y el polipropileno.
Satyendra Mishra y col. estudiaron el efecto del carbonato de nano-calcio modificado por ácido esteárico sobre las propiedades de los compuestos de resina de silicona. En presencia de dodecilsulfonato de sodio, utilizaron una cierta concentración de CaCl2 y NH4HCO3 para reaccionar, filtrar y secar para obtener polvo de nanocarbonato de calcio. Luego, en presencia de tolueno, se agitó y mezcló una cierta cantidad de ácido esteárico y carbonato de nano-calcio para obtener carbonato de nano-calcio modificado en la superficie con diferentes concentraciones de ácido esteárico, y luego se agregó a la resina de silicona como relleno para mejorar su desempeño. y obtener nanocarbonato cálcico modificado. Materiales compuestos, los resultados muestran que, en comparación con el nanocarbonato de calcio sin modificar y el carbonato de calcio comercial, el nanocarbonato de calcio modificado en la superficie puede mejorar en gran medida la resistencia a la tracción, el alargamiento, la resistencia al desgaste y la resistencia al fuego del material compuesto. La modificación de la superficie también puede producir una fuerte adhesión, lo que hace que la cadena del polímero sea más fuerte y mejora la estabilidad térmica del polímero. Basados en la alta resistencia y tenacidad de estos nanocomposites, se pueden utilizar en conectores de cables, aparamenta eléctrica y de iluminación, también de gran valor en el campo aeroespacial.
Mahdi Rahmani y col. estudiaron las propiedades de dispersión del nanocarbonato cálcico recubierto con ácido esteárico para matrices de polipropileno. Se usó TGA para analizar el contenido de ácido esteárico en la superficie de carbonato de calcio después del recubrimiento real, y se usó microscopía electrónica de barrido de emisión de campo para observar el rendimiento de dispersión de la muestra en el organismo después del nanómetro recubierto de ácido esteárico monocapa y multicapa carbonato de calcio. Los resultados muestran que el nanocarbonato cálcico modificado con ácido esteárico se carga en el organismo polipropileno y puede estar bien disperso, lo que reduce la interacción entre partículas y la adhesión entre polímeros. Después de la modificación de la superficie del ácido esteárico, el nanocarbonato de calcio elimina su hidrofilia y aumenta en gran medida la compatibilidad con la matriz polimérica.
Como ácido graso de cadena larga común, el ácido esteárico es barato y tiene una amplia gama de usos y puede modificar el carbonato de nano-calcio. Como relleno barato y fácil de obtener, el nanocarbonato cálcico activado modificado por ácido esteárico puede dispersarse bien en muchos organismos y puede mejorar las propiedades mecánicas tales como resistencia a la tracción, alargamiento, resistencia a la abrasión y retardancia de llama del organismo y termodinámica. propiedades, por lo que elegir ácido esteárico para modificar el carbonato de calcio nanométrico tiene un buen valor de investigación y aplicación.
Fuente: Zhou Wei. Modificación superficial de carbonato de calcio nanométrico y preparación de carbonato de estroncio granular de arroz hueco y carbonato de bario de fibra hueca [D].
Universidad de Tecnología del Sur de China, 2018.