纳米碳酸钙与硅酮胶—在这些表面处理剂的撮合下变得“如胶似漆”
2021-08-27
粉体网3110核心提示：纳米碳酸钙作为一种性能稳定、易加工的新型功能性无机材料，被广泛应用于橡胶、硅酮密封胶、塑料、涂料、油墨及造纸等行业
纳米碳酸钙作为一种性能稳定、易加工的新型功能性无机材料，被广泛应用于橡胶、硅酮密封胶、塑料、涂料、油墨及造纸等行业。其超细的粒径及高比表面积，使得其具有一般无机填料所没有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应及宏观量子效应；应用于硅酮胶中既可以降低成本，也能赋予硅酮胶良好的补强、粘结、流动和触变性能。
不过，纳米CaCO3直接应用于有机材料中还不能充分发挥自身优势，存在以下两种缺陷：一是，纳米CaCO3的表面自由能较大，由分子间力、静电作用和氢键等因素易引起CaCO3粉末的团聚；二是，纳米CaCO3表面有一定量导致其呈强碱性的羟基官能团，因而与聚合物之间的亲和性变差，颗粒之间易发生团聚而使纳米CaCO3在高聚物中的分散极不均匀，进而使CaCO3和高聚物间产生界面缺陷，导致密封胶的力学性能下降。 而经过表面改性处理的纳米碳酸钙，其晶型、粒径、比表面积、疏水性、流动性等指标被有效“控制”，可使硅酮胶制品获得优良的触变性、黏接性、抗老化性和拉伸性等优异性能。例如，经脂肪酸表面改性的纳米碳酸钙表面由亲水变为疏水，表面势能降低，极大改善了与有机材料之间的相容性和润湿性，应用于硅酮密封胶可解决易流淌、挤出性差、强度低等填充普通碳酸钙后出现的缺陷。对硅酮胶而言，采用不同的表面处理剂处理纳米碳酸钙，能得到性能不同的产品；纳米碳酸钙的指标始终与制品性能相互作用。
可以降低碳酸钙吸油值，增加基胶的稠度，提高硅酮胶挤出性，降低了强度，而提高了伸长率。
提高碳酸钙吸油值，降低基胶稠度，降低挤出性，提高了强度，而降低了伸长率。 潘熙宝等通过预处理的改性方式，将传统的硅烷偶联剂成功用于碳酸钙的表面改性，从而改善纳米碳酸钙在硅酮密封胶中的分散性，使后者在流变性能、力学性能和粘结性能方面均有不俗的表现。此外，随着改性剂中胺基官能团数量的增加，密封胶在耐水粘结性能方面的表现更为出色。
可以提高强度与伸长率，不同的表面处理剂处理纳米碳酸钙，得到性能不同的密封胶。
据刘亚雄实验研究，以甘氨酸、硫酸锌、柠檬酸、六偏磷酸钠四种不同晶型控制剂处理纳米碳酸钙。其中采用甘氨酸为晶形控制剂的A试验，其粒度最小，吸油值最低，比表面积最大，制备的胶稠度在合理的范围内，下垂度小，成品胶的拉伸强度高，断裂伸长率大。晶形控制剂的效果依次为甘氨酸>硫酸锌>柠檬酸>六偏磷酸钠。
纳米CaCO3结晶水含量是影响硅酮密封胶固化性能的一个关键因素。CaCO3的颗粒表面具有亲水疏油性，且极性相当高，易与极性水分子相结合而增加其结晶水含量，因此所制得的胶体表干时间较长，固化较慢;油酸对纳米CaCO3进行表面改性后，其表面呈亲油疏水性，从而降低纳米CaCO3粉体的结晶水含量，进而缩短表干时间、改善固化性能。
纳米CaCO3进行表面改性处理，减小了纳米CaCO3颗粒的表面能，提高了其分散性，进而加大其与高聚物的亲和性，同时克服了共混时因生热而引起的粘混现象，故拉伸伸长性能明显改善。
增加晶形控制剂的用量，可以提高纳米碳酸钙的比表面积，增大拉伸强度和伸长率，比表面积控制在合适的范围时，具有良好的分散性、强度和伸长率等。
纳米碳酸钙晶形为棒形、纺形、柱形、片状时分散性不好，具有较高的吸油值，密封胶的粘度大，弹性差，伸长率差；纳米碳酸钙晶形为立方体和菱形时分散性良好，粒子很规整，具有较低的吸油值，可以提高密封胶的拉伸强度和伸长率。
随着社会的进步与发展，大型玻璃幕墙的普及和使用，汽车人均占有率不断提高，以及工业的发展进步，硅酮胶销量和需求已经形成稳定规模。从总体上看，低端硅酮胶将不断地被市场淘汰，取而代之的是更加符合环保要求的，高质量高性价比的高端硅酮胶产品。
因此，像纳米碳酸钙这类高性价比的，且具备补强效果或功能性的填加物料的应用会越来越广泛，不仅量的需求会稳步增长，针对性的功能化需求势必是产业长期稳定的增长点。
