В природе огромное количество материалов на основе карбоната кальция демонстрируют превосходные механические свойства. Он сохраняет простой состав и привлекает широкий интерес ученых. Благодаря глубоким исследованиям механизмов зародышеобразования и роста карбоната кальция был достигнут контроль биоминерализации. Он предлагает широкие перспективы применения в борьбе с обрастанием, предотвращении образования накипи, самоочистке и разделении нефти и воды.
Супергидрофобные поверхности, благодаря своим уникальным свойствам, широко применяются в гидроизоляции, защите от запотевания, самоочищении, коррозионной стойкости, борьбе с обледенением и снижении сопротивления. Однако достижение крупномасштабного производства недорогих, малотоксичных, легко наносимых и высокопрочных супергидрофобных покрытий остается серьезной проблемой.
Многочисленные исследования показали, что низкая поверхностная энергия и грубая структура являются основными факторами, влияющими на супергидрофобные характеристики. Это ключевая область исследований в технологии модификации карбоната кальция. Проще говоря, модификация карбоната кальция направлена на снижение поверхностной энергии при сохранении дисперсии, увеличении угла контакта и обеспечении гидрофобности.
Какой тип карбоната кальция больше подходит для функциональных покрытий? Как его следует модифицировать? Каковы фактические эффекты?
Гу Вейле и коллеги синтезировали две различные кристаллические формы порошка карбоната кальция. Их смешивали с полидиметилсилоксаном с низкой поверхностной энергией (PDMS) и наносили методом распыления для создания супергидрофобных покрытий. Затем были протестированы способность этих покрытий к самоочищению и ударопрочность.
Экспериментальные результаты показали, что оптимальный эффект модификации и наилучшая гидрофобность были достигнуты при использовании в качестве поверхностно-активного вещества стеарата натрия 5% (NaSt) или олеата натрия 5% (NaOL). В частности, контактный угол карбоната кальция арагонитового типа, модифицированного стеаратом натрия 5%, составил 127,5°. А карбоната кальция кальцитового типа, модифицированного олеатом натрия 5%, составил 115,4°.
Дальнейшие исследования изучали влияние различных кристаллических форм карбоната кальция на гидрофобные свойства покрытий. Контактные углы покрытий на основе карбоната кальция на основе кальцита и арагонита составили 151,4° и 153,2° соответственно.
Наконец, были исследованы самоочищение и ударопрочность супергидрофобных покрытий. Результаты показали, что даже после испытания на удар капли воды объемом 500 мл. Углы контакта обеих кристаллических форм оставались выше 140°, сохраняя превосходные гидрофобные свойства.
Чэн Юань и др. использовали нитевидные кристаллы карбоната кальция (CCW) и нанокарбонат кальция (CCNP) в качестве наполнителей для приготовления супергидрофобных покрытий. Они оптимизировали модификацию поверхности порошка, формулу покрытия и методы нанесения. Это достигается путем принятия подхода «грунтовка-верхнее покрытие» и методов полировки, обычно используемых при создании покрытий. Исследование показало, что после 15 циклов трения покрытие достигло угла контакта 153,88° и угла качения 9,20°, демонстрируя превосходные свойства самоочищения и искусственную ремонтопригодность.
На какие основания можно наносить функциональные покрытия из карбоната кальция?
Волокна
Технология мокрого покрытия на основе волокон отходов полиамида является основным методом производства текстильных изделий с покрытием, таких как фирменные ленты. Это также важный способ физической переработки полиамидных волокон. Она обеспечивает такие преимущества, как низкие производственные затраты и превосходные эксплуатационные характеристики продукта. Карбонат кальция, недорогой, нетоксичный и экологически чистый неорганический порошок, широко используется в качестве наполнителя в процессе мокрого покрытия волокон отходов полиамида. Он увеличивает толщину, белизну и прочность покрытой поверхности на фирменных лентах.
Лэй Пэнфэй и др. синтезировали карбонат кальция в качестве наполнителя покрытия с использованием метода in-situ олеиновой кислоты и применили его к полиамидным влажным покрытиям. Результаты показали, что угол контакта пленки покрытия уменьшился на 8,29°, длина чернильного следа на покрытой ткани сократилась на 10,42 мм, а значение pH ткани снизилось до 7,27, что улучшило впитывание чернил и сделало pH более соответствующим стандартам безопасности текстиля.
Цзян Цзикан и др. модифицировали карбонат кальция, привив его синтетическим модификатором DOPO, достигнув равномерной дисперсии в полиамидных покрытиях. Покрытие имело четкую и пористую структуру с пушистой текстурой. Во влажных условиях ткань с покрытием поддерживала pH 7,02, что соответствует экологическим стандартам. Время впитывания чернил составило 89 секунд, а длина чернильного следа составила 53,4 мм. Напечатанный штрих-код остался четким и целым, достигнув рейтинга A-grade.
Чэнь Чжицзе и др. модифицировали карбонат кальция путем поверхностной прививки с помощью огнестойкого связующего агента кремний-фосфор для улучшения дисперсии и придания огнестойких свойств. Этот подход успешно создал гладкое, тонкое и пористое полиамидное покрытие на тканях. Исследование показало, что модифицированный карбонат кальция проявил превосходную олеофильность, а полученная ткань с покрытием из полиамида 6 достигла значительных огнестойких эффектов.
Конкретный
Технология нанесения покрытий на поверхность является эффективным методом повышения долговечности бетона. Супергидрофобные покрытия с водонепроницаемыми, противообледенительными и самоочищающимися свойствами являются сегодня одной из наиболее активно исследуемых тем.
Сюй Хуафэн и др. использовали полидопамин для индукции минерализации карбоната кальция на бетонных поверхностях, одновременно восстанавливая ионы серебра in situ до наносеребра для создания шероховатой структуры микро-нанокомпозита. Затем поверхность была модифицирована силаном с низкой поверхностной энергией для получения функционализированного биомиметического супергидрофобного покрытия из карбоната кальция. Результаты показали, что скорость поглощения воды образцом с композитным покрытием снизилась на 90,3% в обычных условиях и на 93,44% в имитируемых условиях морской воды по сравнению с необработанными образцами, что демонстрирует превосходную водонепроницаемость и стойкость к проникновению. После пятиметрового эквивалентного расстояния многократного трения о наждачную бумагу контактный угол покрытия оставался выше 140°, с уменьшением всего на 6,87%, что указывает на сильную износостойкость.
Для повышения антикоррозионной и стойкости к пятнам наружных зданий из песчаника Вэнь Япин и др. синтезировали модифицированное жирными кислотами покрытие на основе карбоната кальция с использованием жидкофазной реакции, причем жирные кислоты служили гидрофобным модификатором. Исследование показало, что модифицированный стеариновой кислотой фатеритовый карбонат кальция имел больший средний размер кристаллического зерна (31 нм), значительно изменил шероховатость поверхности песчаника, достиг гидрофобного угла 119°, достиг рейтинга стойкости к пятнам 5 и снизил водопоглощение всего до 1,0%. По сравнению с необработанными покрытиями на образцах песчаника этот метод эффективно улучшил стойкость поверхностей песчаника к пятнам.
Стекло
Юань Чжицин и др. разработали простой метод приготовления супергидрофобных покрытий на основе полидиметилсилоксана (PDMS)/CaCO₃. Полученные покрытия можно было наносить на различные подложки, включая крафт-бумагу, стеклянные слайды и медные пластины. При нанесении на стеклянные подложки и высушивании при комнатной температуре покрытие достигало угла контакта 160° с углом скольжения менее 3°. Испытания на сдвиг показали, что супергидрофобное покрытие P3 проявляло высокую механическую прочность на сдвиг и адгезию, обеспечивая стабильную супергидрофобную поверхность. Эксперименты на открытом воздухе показали, что самоочищающиеся покрытия, полученные с использованием силиконовой смолы и модифицированного стеариновой кислотой карбоната кальция, сохраняли более 85% прозрачности стеклянной панели, достигали угла контакта приблизительно 110° и сохраняли эффективные противозапотевающие свойства. После четырех месяцев воздействия на открытом воздухе функция самоочищения покрытия оставалась в значительной степени нетронутой.
Металл
Самоочищающееся поведение в материалах стеновых панелей стало областью значительного интереса, обычно достигаемой путем создания гидрофобных поверхностей. Лю Чанъян и др. нанесли равномерную пленку карбоната кальция толщиной 20 микрон на поверхность сплава магния и неодима, что улучшило коррозионную стойкость сплава в имитированных растворах пор бетона, содержащих хлорид. Дальнейшая химическая модификация покрытого образца с использованием перфтордецилтриэтоксисилана наделила поверхность способностью к самоочищению.
Заключение
Функциональные покрытия из карбоната кальция нашли применение во многих областях, включая упаковку, столовые приборы, строительные материалы, материалы для защиты окружающей среды, текстиль, покрытия и фармацевтику. Поскольку компании стремятся сократить расходы и повысить эффективность, ожидается, что спрос на функциональные покрытия из карбоната кальция будет расти, а технологии нанесения станут все более сложными.
Epic Powder специализируется на производстве высокопроизводительных машины для нанесения покрытий разработан для модификации карбоната кальция. Наше передовое оборудование обеспечивает равномерную обработку поверхности, улучшая дисперсию материала, гидрофобность и совместимость с различными приложениями, включая пластмассы, покрытия и клеи. Благодаря точному контролю над процессами нанесения покрытий Epic Powder предлагает индивидуальные решения для удовлетворения потребностей отрасли.
