宋俐霏(吉林大學(xué)，吉林 130000)白璐(波士頓大學(xué)，馬薩諸塞州 02215)楊超迪(波士頓大學(xué)，馬薩諸塞州 02215)

碳酸鈣納米顆粒的表面疏水化及納米碳酸鈣穩(wěn)定高內(nèi)相比乳液模板法制備多孔聚合物復(fù)合材料

宋俐霏(吉林大學(xué)，吉林 130000)白璐(波士頓大學(xué)，馬薩諸塞州 02215)楊超迪(波士頓大學(xué)，馬薩諸塞州 02215)

應(yīng)用紅外光譜分析方法確定硬脂酸鈉對納米碳酸鈣的表面修飾，再通過接觸角的測試檢驗其疏水性。同時利用此材料充當(dāng)表面活性劑成功將70ml環(huán)己烷分散到30ml水中，得到了Pickering乳液，觀測乳液穩(wěn)定性。最后，采用接觸角稍小于90度的納米碳酸鈣穩(wěn)定基于丙烯酰胺單體的水包油型高內(nèi)相比乳液制備聚丙烯酰胺|納米碳酸鈣多孔復(fù)合材料。

納米碳酸鈣;表面活化;乳化;高內(nèi)相比溶液模板法;聚合物多孔材料

1 Pickering乳液制備

對于無機(jī)固體顆粒，最近的熱點在于Pickering乳液的研究。最初，Ramsden等人最早發(fā)現(xiàn)將不溶性固體細(xì)粉與水和一些油性溶劑進(jìn)行混合分散時,固體細(xì)粉包裹在分散相液滴的表面,形成一個固體殼層;當(dāng)分散相液滴相互碰撞時,固體殼層對液滴的變形和聚集起到阻礙作用,可以形成較為穩(wěn)定的乳液,即固體穩(wěn)定乳液。Pickering等人隨后對固體穩(wěn)定乳液進(jìn)行了深入的研究,因而固體穩(wěn)定乳液也常被稱為Pickering乳液?？梢哉J(rèn)為在乳液的形成過程中，固體粒子充當(dāng)?shù)氖潜砻婊钚詣┑淖饔?。目前的研究中，很少有利用碳酸鈣粒子研究Pickering乳液的例子，而碳酸鈣便宜且容易制備，用于Pickering乳液中可能會引出有一個碳酸鈣重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 乳液

兩種互不相溶的液體混合在一起，其中任一液體分散在另一液體中所形成的分散體系成為乳液。在大多數(shù)乳狀液中，一種液體是水，另一種液體是不溶于水的有機(jī)液體，可統(tǒng)稱為“油”。若油為分散相而水為分散介質(zhì)，則稱為“水包油型乳狀液”，以符號“O/W”表示；反之，若水為分散相而油為分散介質(zhì)，則稱為“油包水型乳狀液”，以符號“W/O”表示。

3 儀器試劑

機(jī)械攪拌器，烘箱，接觸角測定儀，紅外光譜儀，磨口三頸燒瓶，量筒。

納米碳酸鈣NCC；聚乙烯醇0.3g；丙烯酰胺8g；MBAM 4g；過硫酸鉀 1g；穩(wěn)定劑10g；氫氧化鈉 0.033g；環(huán)己烷 70ml；蒸餾水。

4 實驗步驟

4.1 碳酸鈣表面改性

稱量20g納米碳酸鈣，加入到磨口三頸瓶中，加入80ml水，形成懸浮液，放入到80度恒溫的水浴鍋中，整個實驗過程中以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速連續(xù)攪拌。將氫氧化鈉加入適量水溶解，待全溶后將適量的硬脂酸加入到氫氧化鈉溶液中，繼續(xù)加熱溶解，再將混合液趁熱加入到三頸瓶中。繼續(xù)攪拌一小時，用布氏漏斗趁熱真空吸濾，將產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到干凈的坩堝中，然后放到110度烘箱中直到烘干為止。將烘干后的產(chǎn)品研磨為粉末狀，收集待用。

4.2 表征

對納米碳酸鈣進(jìn)行表征，熱失重分析研究樣品的硬脂酸鈉包覆量和樣品與活性劑的鍵連方式；接觸角測試；IR分析確定硬脂酸鈉對納米碳酸鈣粒子的表面修飾情況。

4.3 高內(nèi)相比溶液模板法制備聚合物多孔材料

將聚乙烯醇（含少量氫氧化鈉）加入到含有30ml水的250ml磨口三頸瓶中，待聚乙烯醇完全溶解后，將溶液恢復(fù)到室溫，再加入丙烯酰胺8g，MBAM 4g，過硫酸鉀1g，快速攪拌。將70ml環(huán)己烷加上10g穩(wěn)定劑加入到分液漏斗中，以較慢的速率滴加到三頸瓶中（大概一秒一滴即可），整個過程中都要快速攪拌。滴加完畢后繼續(xù)攪拌十分鐘，將其倒入到塑料瓶中，蓋好蓋子，固定到60度水浴中加熱24小時。24小時之后，即可得到聚合后的產(chǎn)物。將塑料瓶打開，對產(chǎn)品拍照。

5 實驗結(jié)果

5.1 接觸角測試

納米級碳酸鈣NCC：

左接觸角97.58右接觸角99.00平均接觸角98.29接觸角類型普通表面能1 24.09表面能2 13.33測試方法停滴法測試液體蒸餾水

5.2 紅外光譜分析

為了確定碳酸鈣納米粒子表面是否包覆有硬脂酸，我們通過紅外光譜分析來表征。

表面修飾NCC的紅外測試譜圖：

結(jié)果分析：

NCC表面的硬脂酸結(jié)合率大，預(yù)測其疏水化效果也好。

5.3 聚丙烯酰胺納米碳酸鈣多孔復(fù)合材料

6 分析討論

固體顆粒穩(wěn)定環(huán)己烷/水乳液的機(jī)理：

乳液是熱力學(xué)不穩(wěn)定的體系。兩種不混溶的液體，一種液體均勻地分散于另一種液體中，這就產(chǎn)生了許多的界面和較大的界面張力，由于界面面積隨著分散過程而大大增加，導(dǎo)致化學(xué)潛能的增長?？梢酝ㄟ^表面活性劑降低乳液形成的自由能，因為表面活性劑可以使界面張力大大降低。但這只是動力學(xué)上的穩(wěn)定，因為表面活性劑對于液滴的聚集產(chǎn)生了動力學(xué)上的阻礙。但是，固體顆粒穩(wěn)定的乳液可以達(dá)到熱力學(xué)上的穩(wěn)定。其乳液形成的自由能可以通過將界面粒子取出的能量（也叫吸附能）來表示。

由于界面張力的存在，以及粒子由于毛細(xì)壓力產(chǎn)生的長程吸引力，固體粒子聚集于液液界面并形成單層或多層致密膜也就是說，液液界面將粒子吸附到界面上形成了保護(hù)膜，這層膜包裹住了液滴，從而阻隔了液滴碰撞時發(fā)生的聚集。

[1]王永周,陳美,曾宗強(qiáng)等.納米碳酸鈣表面改性研究進(jìn)展.廣東化工，2008,35(10):42-45.

[2]張華,陳建峰,趙紅英,等.納米碳酸鈣表面改性及其對聚丙烯復(fù)合材料增韌的研究,北京化工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2002,29(05):8-11.

[3]馬傳國,容敏智,章明秋.納米碳酸鈣及其表面處理對等規(guī)聚丙烯結(jié)晶行為的影響,高分子學(xué)報,2003,(03):381-386.

[4]杜巖巖.納米碳酸鈣穩(wěn)定高內(nèi)相比乳液模板法制備多孔聚合物復(fù)合材料.吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文.2011,6.