Применение стеариновой кислоты для модификации поверхности нанометрового карбоната кальция
Есть два основных недостатка в применении нанокарбоната кальция к органическим средам: первый заключается в том, что нанокарбонат кальция является неорганическим материалом с гидрофильной и олеофобной поверхностью. Он плохо диспергируется в полимерах и плохо взаимодействует с организмами. Легко образовывать агломераты a, что приводит к ухудшению характеристик материала; Во-вторых, нанокарбонат кальция имеет небольшой размер частиц, большое количество поверхностных атомов, большую поверхностную энергию, сильное взаимодействие между частицами, которое легко образует агломерацию порошка нанокарбоната кальция. По мере увеличения количества используемого нанокарбоната кальция эти дефекты становятся более очевидными, чрезмерное заполнение сделает материал непригодным для использования.
Стеариновая кислота — это обычная насыщенная жирная кислота с длинной углеродной цепью. Он имеет как липофильный конец длинной углеродной цепи, так и гидрофильный конец карбоксильной группы. Поверхность нанокарбоната кальция является гидрофильной, поэтому стеариновая кислота покрыта нано, поверхность карбоната кальция может значительно улучшить его липофильность. Когда он заполнен резиной, пластмассами, усовершенствованными красками, его большая удельная поверхность и высокая удельная поверхностная энергия благоприятны для взаимодействия между частицами карбоната кальция и молекулами органического полимера. Прочная связь между ними может сделать поверхность продукта яркой и иметь отличные эксплуатационные характеристики.
1. Механизм покрытия стеариновой кислотой модифицированного нанометрового карбоната кальция.
В последние годы постоянно появляются исследования по покрытию и модификации нанометрового карбоната кальция стеариновой кислотой.
Чен Ицзянь и др. исследовали процесс образования монослойных кристаллов карбоната кальция стеариновой кислоты (SA) на границе раздела воздух-вода. Используя электронный микроскоп и угловой микроскоп Брюстера на месте для тестирования и определения характеристик, было обнаружено, что под монослоем стеариновой кислоты конечные кристаллы карбоната кальция были образованы предшественником частиц, а не непосредственно полученными в результате сольватации. ион. С помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) и просвечивающей электронной микроскопии (TEM) можно обнаружить, что частицы-предшественники представляют собой однородные сферы аморфного карбоната кальция с диаметром менее 100 нм. Эксперимент заключается в получении карбоната кальция посредством реакции Ca (OH) 2 и CO2. Аморфный карбонат кальция образуется на ранней стадии минерализации и стабильно существует не менее 0,5 часа. По мере увеличения количества аморфный карбонат кальция агрегируется с образованием карбоната кальция в фазе кальцита.
Xuetao Shi et al. использовали коммерческую стеариновую кислоту для покрытия осажденного карбоната кальция в условиях водной фазы, содержание стеариновой кислоты в покрытом карбонатом кальция составляло от 3% до 13,5%. Инфракрасный Фурье (FTIR), термогравиметрический (TG) и дифференциальный сканирующий калориметрический анализ (DSC) показал, что на поверхности карбоната кальция нет свободной стеариновой кислоты, только стеарат кальция. Обнаружено, что образованный стеарат кальция частично химически адсорбируется и частично физически адсорбируется на поверхности слоя покрытия и может решить проблему, заключающуюся в том, что карбонат кальция не может быть полностью нанесен на поверхность в условиях водной фазы. Максимальное количество покрытия — 3,25%.
2. Влияние длинноцепочечных жирных кислот на карбонат кальция.
Длинноцепочечные жирные кислоты также оказывают важное влияние на образование карбоната кальция.
Jiuxin Jiang et al. добавляли различные длинноцепочечные жирные кислоты — лауриновую кислоту (лауриновую кислоту), пальмитиновую кислоту (гексадекановую кислоту) и стеариновую кислоту (октадекановую кислоту) при вдувании диоксида углерода в суспензию гидроксида кальция. Acid), чтобы изучить образование карбоната кальция. Было обнаружено, что добавление длинноцепочечных жирных кислот не влияет на кристаллическую форму карбоната кальция, но влияет на морфологию полученных частиц карбоната кальция. Когда добавляется лауриновая кислота, диспергируемость частиц карбоната кальция значительно улучшается; при добавлении большого количества пальмитиновой кислоты и стеариновой кислоты образуются микростержневидная структура и веретенообразная структура. Автор предполагает, что при реакции карбонизации гидроксида кальция и диоксида углерода, с одной стороны, длина углеродной цепи влияет на форму мицелл, образованных суспензией гидроксида кальция, с другой стороны, на режим контакта между мицеллами. определяет окончательную формацию. Морфология карбоната кальция.
Hao Wang et al. изучили влияние чистящих средств, таких как полимеры, жирные кислоты, мыльные жидкости, на кристаллизацию, зародышеобразование и осаждение активного карбоната кальция на твердых поверхностях (таких как нержавеющая сталь и силиконовые поверхности). Таким образом, по аналогичному принципу инструктируется, как посудомоечная машина может лучше удалить масляные пятна во время процесса очистки с моющим средством.
3. Применение активного нанокарбоната кальция.
Нано-карбонат кальция, модифицированный стеариновой кислотой, играет важную роль в качестве наполнителя для органических полимеров, таких как силиконовая смола и полипропилен.
Satyendra Mishra et al. изучили влияние нанокарбоната кальция, модифицированного стеариновой кислотой, на свойства композитов силиконовой смолы. В присутствии додецилсульфоната натрия они использовали определенную концентрацию CaCl2 и NH4HCO3 для реакции, отфильтровали и высушили для получения порошка нанокарбоната кальция. Затем в присутствии толуола некоторое количество стеариновой кислоты и нанокарбоната кальция перемешивали и смешивали для получения поверхностно-модифицированного нанокарбоната кальция с различными концентрациями стеариновой кислоты, а затем добавляли к силиконовой смоле в качестве наполнителя для улучшения ее характеристик. и получить модифицированный нанокарбонат кальция. Композитные материалы, результаты показывают, что по сравнению с немодифицированным нанокарбонатом кальция и коммерческим карбонатом кальция поверхностно-модифицированный нанокарбонат кальция может значительно улучшить прочность на разрыв, удлинение, износостойкость и огнестойкость композитного материала. Модификация поверхности также может вызвать сильную адгезию, которая делает полимерную цепь более прочной и улучшает термическую стабильность полимера. Благодаря высокой прочности и ударной вязкости этих нанокомпозитов они могут использоваться в кабельных соединителях, электрических и осветительных устройствах, а также имеют большое значение в аэрокосмической области.
Махди Рахмани и др. изучили дисперсионные свойства нанокарбоната кальция, покрытого стеариновой кислотой, для полипропиленовой матрицы. ТГА использовался для анализа содержания стеариновой кислоты на поверхности карбоната кальция после фактического покрытия, а сканирующая электронная микроскопия с автоэмиссией использовалась для наблюдения за характеристиками диспергирования образца в организме после нанометра, покрытого монослойной и многослойной стеариновой кислотой. карбонат кальция. Результаты показывают, что нанокарбонат кальция, модифицированный стеариновой кислотой, заполняет полипропиленовый организм и может хорошо диспергироваться, что снижает взаимодействие между частицами и адгезию между полимерами. После модификации поверхности стеариновой кислоты нанокарбонат кальция устраняет ее гидрофильность и значительно увеличивает совместимость с полимерной матрицей.
Как обычная длинноцепочечная жирная кислота, стеариновая кислота является дешевой, имеет широкий спектр применения и может хорошо модифицировать нанокарбонат кальция. В качестве дешевого и простого в получении наполнителя активированный нанокарбонат кальция, модифицированный стеариновой кислотой, может хорошо диспергироваться во многих организмах и может улучшать механические свойства, такие как прочность на разрыв, удлинение, сопротивление истиранию и огнестойкость организма и термодинамические характеристики. свойства, поэтому выбор стеариновой кислоты для модификации нанометрового карбоната кальция имеет хорошую исследовательскую и прикладную ценность.
Источник: Чжоу Вэй. Модификация поверхности нанометрового карбоната кальция и получение гранулированного карбоната стронция из полого риса и карбоната бария из полых волокон [D].
Южно-Китайский технологический университет, 2018.