中國(guó)粉體網(wǎng)訊 為了改善納米碳酸鈣的表面性能，國(guó)內(nèi)外采用有機(jī)物、無(wú)機(jī)物對(duì)其進(jìn)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(wú)機(jī)物SiO2對(duì)納米碳酸鈣顆粒進(jìn)行表面包覆改性，以解決納米碳酸鈣在應(yīng)用時(shí)顆粒易二次團(tuán)聚，穩(wěn)定性和分散性能不理想，避免采用有機(jī)物改性納米碳酸鈣在材料成型加工過(guò)程中易產(chǎn)生黃變，存在白度、光澤、耐老化、機(jī)械性能差等一系列問(wèn)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(jī)械力化學(xué)法、微波沉淀法、硅酸鈉-酸沉淀法和Stöber法。
其中，機(jī)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(guò)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(yàn)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(shí)，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(guò)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(duì)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(dòng)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(jìn)行中試放大試驗(yàn)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(dòng)性、色差指標(biāo)更優(yōu)；在硅酮膠中應(yīng)用，拉伸強(qiáng)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(dòng)、機(jī)械強(qiáng)度等問(wèn)題。
（2）CaCO3@SiO2復(fù)合顆粒作填料
CaCO3具有廣泛易得、色白及價(jià)廉的特點(diǎn)，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(shí)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(wèn)題外，還可解決純SiO2作為補(bǔ)強(qiáng)劑聚集程度高及流動(dòng)性強(qiáng)導(dǎo)致的成本高和補(bǔ)強(qiáng)效果不佳的問(wèn)題。
2025年4月10-11日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的第四屆全國(guó)碳酸鈣產(chǎn)業(yè)高值化發(fā)展交流大會(huì)將在安徽·池州舉行，屆時(shí)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）陳代梅教授將在大會(huì)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(bào)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(guó)感光學(xué)會(huì)光催化專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)化學(xué)快報(bào)青年編委會(huì)委員、中國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員。
主持和參與國(guó)家自然基金、教育部高�；緲I(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目、省科技廳項(xiàng)目、科技支撐項(xiàng)目和企業(yè)合作項(xiàng)目等20余項(xiàng)。2018年獲得中國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)（排名第三）。2019年獲得綠色礦山科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)（排名第二）。
近幾年，以第一作者和通訊作者在權(quán)威國(guó)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(guó)皇家學(xué)會(huì)評(píng)為1%高被引作者，被催化學(xué)報(bào)評(píng)為優(yōu)秀作者。全球?qū)W者庫(kù)評(píng)出的“全球頂尖前10萬(wàn)科學(xué)家名單”以及美國(guó)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(lái)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(guó)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(jìn)展，中國(guó)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(guó)礦業(yè)大學(xué)
朱天孝：5萬(wàn)t/aCaCO3@SiO2納米顆粒的產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐，廣西民族大學(xué)
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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