纳米碳酸钙具有粒度小表面能高、易团聚、表面亲水疏油和强性的特点，在有机介质中分散不均匀。纳米碳酸钙直接用于有机介质中存在两个缺点：一是分子间力、静电作用、氢键等引起碳酸钙粉体的团聚。纳米碳酸钙的比表面积大，易吸附气体、介质或与其作用，从而失去原来的表面性质，导致粘连与团聚，或因其表面能高和接触界面较大，使晶粒生长的速度加快；另外因纳米碳酸钙的量子隧道效应、电荷转移和界面原子的相互耦合，使其发生相互作用和因固相反应而团聚。二是纳米碳酸钙为亲水性无机化合物，其表面有亲水性较强的羟基，呈强碱性，使其与有机高聚物的亲和性变差，易形成聚集体，造成在高聚物中分散不均匀，导致两材料间界面缺陷，直接应用效果不好。随着纳米碳酸钙用量的增大，这些缺点更加明显，过量填充甚至会使制品无法使用。因此，需要对纳米碳酸钙进行表面改性，使其表面能减小，分散性提高，表面呈亲油性，从而增大纳米碳酸钙与高聚物的亲和性。本文对纳米碳酸钙表面改性方法，以及纳米碳酸钙在造纸工业中的应用进行综述，以期为相关研究提供参考。

纳米碳酸钙的表面改性

纳米碳酸钙的表面改性是通过物理或化学方法将表面处理剂吸附（或反应）在纳米碳酸钙的表面，形成包膜，使其表面活化，从而改善纳米碳酸钙的表面性能。通过对纳米碳酸钙的表面进行改性，可以达到以下几个方面的目的：(1)降低颗粒间的内聚力，改善和提高纳米碳酸钙的分散性；(2)提高纳米碳酸钙的表面活性；(3)改善纳米碳酸钙与其他物质的相容性；(4)提高纳米碳酸钙的耐酸性；(5)制备特定晶形的纳米碳酸钙，用于不同的行业。目前表面处理剂根据其结构与特性可以分为表面活性剂、偶联剂、聚合物和无机物。

表面活性剂

表面活性剂对纳米碳酸钙的防团聚作用，结果表明表面活性剂对分散性的改善效果优劣顺序为阴离子、非离子、阳离子、高分子，表面活性剂复配物的改善效果优于单一类型表面活性剂。目前应用较多的表面活性剂有脂肪酸(盐)、高分子化合物及磷酸酯(盐)。

1.1脂肪酸(盐)

用于纳米碳酸钙表面处理的脂肪酸主要是含有羟基、氨基的脂肪酸、或芳烷基的脂肪酸盐。关于脂肪酸(盐)对纳米碳酸钙的作用机理，脂肪酸(盐)在粒子外围形成一层壳，增大了两粒子之间接近的距离，减小了范德华引力的相互作用，使分散体系得以稳定。目前使用多、效果好的脂肪酸(盐)是硬脂酸(盐)。对用硬脂酸改性的纳米碳酸钙进行了研究，发现改性剂吸附在纳米碳酸钙表面，并以离子键方式结合。透射电子显微镜分析表明，改性纳米碳酸钙在环己烷中的分散性明显改善，颗粒呈单分散状态，其亲油性增强，在非极性介质中的分散性提高。利用硬脂酸对纳米碳酸钙进行表面改性的研究，通过IR分析表明硬脂酸与碳酸钙之间形成了牢固的化学键。二阶段模型对改性碳酸钙活性含量与改性剂用量S型曲线的解释较为成功。第一阶段是个别的改性剂分子或离子通过范德华引力与固体表面直接相互作用而被吸附。第二阶段中，改性剂分子或离子通过碳氢链间的疏水相互作用形成表面胶团使吸附急剧上升，这时第一阶段的吸附单体形成了表面胶团的中心。根据该模型理论，表面活性剂的基本物理化学特征之一是在一定浓度以上的水溶液中生成胶团。吸附在碳酸钙表面的改性剂分子并未改变其两亲性，碳氢链仍然显示疏水效应。在一定浓度以上，这些吸附在碳酸钙表面的两亲性分子参与疏水缔合物形成，并使更多的改性剂固定在其界面上，导致吸附量上升。

1.2高分子化合物

一般来说，可用的高分子化合物多含有磺酸基团或羧酸基团等，基本上都是一些可电离的基团。这些基团与纳米微粒中的某一种元素形成强烈的离子键，因而对微粒的稳定起着至关重要的作用。另外，大多数极性分子也可以起到相似的保护作用。采用带有羟基、胺基、羰基及羧基等极性较强基团的高分子化合物作为分散剂同样获得了较好的效果。与带可电离基团的高分子化合物相比，极性高分子化合物还具有一些独特的优越性。研究表明，当相对分子质量为3000～4000时，聚丙烯酸钠对纳米碳酸钙的分散稳定作用效果较好。分别自行设计和合成的高分子分散剂ND和ND426具有无色、无味的特点，对超细碳酸钙悬浮液的分散性和流变性较好，且对白色粉体的白度没有影响，有利于超细碳酸钙质量的提高。此外，采用高分子化合物作为分散剂不仅在于它的保护作用，更希望利用高分子化合物本身良好的光学特性及优异的物理性能，使纳米材料与高分子化合物复合后，可以具有新的光电特性及优异的加工成型特性。

1.3磷酸酯(盐)

用磷酸酯对纳米碳酸钙进行表面改性主要是磷酸酯与纳米碳酸钙表面的钙离子反应生成磷酸盐沉积或包覆于纳米碳酸钙粒子的表面，从而使纳米碳酸钙的表面呈疏水性[23]。以磷酸酯作为纳米碳酸钙表面改性剂，不仅可以使复合材料的加工性能和物理性能显著提高，而且对耐酸性和阻燃性的改善效果也较明显。研究了系列磷酸酯表面活性剂对纳米碳酸钙的改性效果，结果表明，改性纳米碳酸钙表面均由亲水性变为亲油性，从而显著降低了纳米碳酸钙与邻苯二甲酸二辛酯(DOP)糊的粘度，减小了纳米碳酸钙的吸油值；单酯的改性效果优于双酯。研究了PVC/新型磷酸酯改性纳米碳酸钙复合材料的微观结构和物理性能，发现改性纳米碳酸钙对PVC复合材料具有明显的增韧作用，可提高物理性能。在选取改性剂时，应根据所要填充高聚物体系分子结构的特点选择与之相似的改性剂。

文章内容来源自网络 仅做分享用途 碳酸钙咨询电话：15007736661