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不做填料，碳酸鈣還能這么用？
超疏水表面因其具有特殊的性能，在防水、防霧、自清潔、抗腐蝕、防覆冰和流動減阻等諸多領域中具有廣闊的應用前景，但如何量產低成本、低毒性、易涂覆且耐久性良好的超疏水涂層仍頗具挑戰性。
在自然界中，存在大量機械性能優越且成分簡單的碳酸鈣基材料，引起了科學家的廣泛興趣。基于對碳酸鈣成核和生長機理的深入研究，現已實現生物礦化的調控，這在防污、抗垢、自清潔以及油水分離等眾多領域具有廣泛的應用前景。
固體顆粒接觸角與疏水性的密切關系
大量研究表明，低表面能和粗糙結構是影響超疏水性能的最主要的影響因素，而這些一直都是碳酸鈣改性技術主要的研究內容。簡單來講，碳酸鈣的改性方向就是降低表面能，保持分散性；增大接觸角，保障疏水性。
一、什么樣的碳酸鈣更適用于功能性涂層？如何改性？實際效果如何？
古衛樂等合成了兩種不同晶型的碳酸鈣粉體，進而與低表面能聚二甲基硅氧烷（PDMS）共混，噴涂得到超疏水涂層，并對其自清潔能力和耐沖擊性進行了測試。實驗表明，當硬脂酸鈉（NaSt）、油酸鈉（NaOL）表面活性劑用量為5%時，碳酸鈣改性效果最好，疏水性最佳，由5%硬脂酸鈉改性的文石型碳酸鈣接觸角為127.5°，由5%油酸鈉改性的方解石型碳酸鈣接觸角為115.4°。進一步研究了不同晶型碳酸鈣的用量對涂層疏水性能的影響，其中方解石型和文石型碳酸鈣涂層接觸角分別為151.4°和153.2°。最后研究了超疏水涂層的自清潔及耐沖擊性能。結果顯示，經過500mL的水滴沖擊試驗后，兩種晶型碳酸鈣超疏水涂層接觸角仍保持在140°以上，保持著優異的疏水性。
程遠等采用碳酸鈣晶須（CCWs）和納米碳酸鈣（CCNPs）為填料，通過粉體表面改性、涂料配比優化、借鑒涂料施工工藝中“底漆-面漆”和打磨拋光的方法制備了超疏水涂層。研究表明，當循環摩擦15次時，涂層的接觸角可達153.88°，滾動角達9.20°，涂層具有良好的自清潔性能和可人工修復功能。
二、碳酸鈣功能涂層可以在哪些基材表面應用？
1、纖維
基于聚酰胺廢棄纖維的濕法涂層技術是目前制備商標織帶等涂層紡織品的主要手段，也是聚酰胺纖維物理回收利用的重要方式，具有生產成本低，產品性能優良等特點。碳酸鈣是一種廉價、無毒無害的無機粉末，作為填料被廣泛用于聚酰胺廢棄纖維的濕法涂層技術，可增加商標織帶表面涂層的厚度、白度及強度。
雷鵬飛等采用油酸原位合成的方法制取涂層用填充劑碳酸鈣，將其應用于聚酰胺濕法涂層中，涂層膜的接觸角下降了8.29°，涂層織物的墨跡長度減小了10.42mm，涂層織物的pH值下降至7.27，吸墨性改善，pH值更符合紡織品安全標準。
蔣繼康等采用合成改性劑DOPO接枝改性碳酸鈣，在聚酰胺涂層中實現了均勻的分散，涂層孔洞結構清晰、蓬松；涂層織物在潮濕環境下pH為7.02，符合環保要求，吸墨時間為89s，墨跡長度為53.4mm，打印條碼清晰無斷裂，評級達到A級。
陳智杰等采用含硅磷阻燃成分的偶聯改性劑對碳酸鈣進行表面接枝改性以提升分散性并賦予其阻燃功能，并成功在織物上構建表面光滑平整的多孔、薄型聚酰胺涂層。研究表明，改性碳酸鈣具有良好的親油性，其所制聚酰胺6涂層織物擁有較好的阻燃效果。
2、混凝土
表面涂層技術是一種提高混凝土耐久性的有效措施，具有防水、防覆冰和自清潔性能的超疏水涂層是目前的研究熱點之一。
徐華鳳等利用聚多巴胺在混凝土表面誘導碳酸鈣礦化并將銀離子原位還原為納米銀，用以構建微納復合粗糙結構，通過低表面能硅烷對其進行疏水改性，得到了功能化的碳酸鈣仿生超疏水涂層。結果表明，在普通環境和模擬海水環境中，復合涂層樣品的體積吸水率相對于未處理樣品分別下降了90.3%、93.44%，表現出良好的防水、抗滲透性能。復合涂層樣品在砂紙表面反復摩擦5米等效距離后，涂層的接觸角仍大于140°，其下降幅度僅為6.87%，表現出良好的耐磨性能。
為了提升戶外砂巖建筑的防腐耐污性，文亞萍等通過液相反應合成了以碳酸鈣為基底材料，脂肪酸作為疏水改性材料的碳酸鈣基-脂肪酸改性涂層。研究表明，十八酸改性的球霰石碳酸鈣平均晶粒尺寸較大（31nm），砂巖表面粗糙度變化大，疏水角可達119°，耐污等級為5級，吸水率僅為1.0%，對比未改性涂層處理砂巖樣品，有效的提高了砂巖表面耐污性。
3、玻璃
袁志清等開發了一種簡單易行的制備聚二甲基硅氧烷（PDMS）/CaCO3的方法基于超疏水涂層。獲得的涂層可以應用于不同的基材，如牛皮紙、載玻片和銅板。涂層涂裝到玻璃基板上并在常溫條件下干燥后，涂層表面的接觸角可達160°，滑動角度小于3°。剪切試驗表明，超疏水性P3涂層具有很高的抗機械剪切性和粘附性，可以獲得穩定的超疏水表面。戶外實驗表明，將硅酮樹脂與硬脂酸改性后的碳酸鈣制備成自清潔涂料，可以保留玻璃板85%以上的透明度，接觸角達到110°左右，防霧性能也良好，暴露在戶外4個月，自清潔性基本上沒有被破壞。
4、金屬
目前，墻板材料的自清潔行為非常受人關注，這種自潔行為通常可以通過構建疏水表面來實現。劉昌洋等將鎂釹合金表面均勻沉積了一層約20微米厚的碳酸鈣膜，提高了合金在含氯離子的模擬混凝土孔隙液中的耐蝕性。采用全氟癸基三乙氧基硅烷對覆膜樣品進行化學改性，可使其具備自清潔能力。
三、結語
目前，在包裝、餐具、建材、環保材料、紡織品、涂料、藥品等眾多領域已經出現了碳酸鈣功能涂層的應用案例。隨著企業降本增效需求日益迫切，今后碳酸鈣功能性涂層的應用必將越來越廣泛，應用技術也將逐步成熟。
參考文獻
古衛樂，等：碳酸鈣原位表面改性過程晶型調控及在超疏水涂層中應用研究，湖北大學
于少康，等：無機礦物碳酸鈣的仿生礦化調控及其應用研究，燕山大學
程遠，等：碳酸鈣晶須復合納米粒子制備超疏水涂層，中國科學院大學
徐華鳳，等：濱海混凝土表面功能化的礦化復合涂層及耐久性研究，青島理工大學
文亞萍，等：砂巖保護材料碳酸鈣的制備及其改性研究，云南大學
袁志清，等：聚二甲基硅氧烷（PDMS）/CaCO的制備3基于超疏水涂層，湖南工業大學
雷鵬飛，等：油酸原位合成碳酸鈣及其在聚酰胺濕法涂層中的應用，浙江理工大學
蔣繼康，等：DOPO-Si改性碳酸鈣的合成及其在聚酰胺濕法涂層中的應用，浙江理工大學
陳智杰，等：硅磷改性碳酸鈣的合成及其在聚酰胺涂層中應用
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除！來源：中國粉體網
