中国粉体网讯 超疏水表面因其具有特殊的性能，在防水、防雾、自清洁、抗腐蚀、防覆冰和流动减阻等诸多领域中具有广阔的应用前景，但如何量产低成本、低毒性、易涂覆且耐久性良好的超疏水涂层仍颇具挑战性。
在自然界中，存在大量机械性能优越且成分简单的碳酸钙基材料，引起了科学家的广泛兴趣。基于对碳酸钙成核和生长机理的深入研究，现已实现生物矿化的调控，这在防污、抗垢、自清洁以及油水分离等众多领域具有广泛的应用前景。
固体颗粒接触角与疏水性的密切关系
大量研究表明，低表面能和粗糙结构是影响超疏水性能的最主要的影响因素，而这些一直都是碳酸钙改性技术主要的研究内容。简单来讲，碳酸钙的改性方向就是降低表面能，保持分散性；增大接触角，保障疏水性。
什么样的碳酸钙更适用于功能性涂层？如何改性？实际效果如何？
古卫乐等合成了两种不同晶型的碳酸钙粉体，进而与低表面能聚二甲基硅氧烷（PDMS）共混，喷涂得到超疏水涂层，并对其自清洁能力和耐冲击性进行了测试。实验表明，当硬脂酸钠（NaSt）、油酸钠（NaOL）表面活性剂用量为5%时，碳酸钙改性效果最好，疏水性最佳，由5%硬脂酸钠改性的文石型碳酸钙接触角为127.5°，由5%油酸钠改性的方解石型碳酸钙接触角为115.4°。进一步研究了不同晶型碳酸钙的用量对涂层疏水性能的影响，其中方解石型和文石型碳酸钙涂层接触角分别为151.4°和153.2°。最后研究了超疏水涂层的自清洁及耐冲击性能。结果显示，经过500mL的水滴冲击试验后，两种晶型碳酸钙超疏水涂层接触角仍保持在140°以上，保持着优异的疏水性。
程远等采用碳酸钙晶须（CCWs）和纳米碳酸钙（CCNPs）为填料，通过粉体表面改性、涂料配比优化、借鉴涂料施工工艺中“底漆-面漆”和打磨抛光的方法制备了超疏水涂层。研究表明，当循环摩擦15次时，涂层的接触角可达153.88°，滚动角达9.20°，涂层具有良好的自清洁性能和可人工修复功能。
碳酸钙功能涂层可以在哪些基材表面应用？
纤维
基于聚酰胺废弃纤维的湿法涂层技术是目前制备商标织带等涂层纺织品的主要手段，也是聚酰胺纤维物理回收利用的重要方式，具有生产成本低，产品性能优良等特点。碳酸钙是一种廉价、无毒无害的无机粉末，作为填料被广泛用于聚酰胺废弃纤维的湿法涂层技术，可增加商标织带表面涂层的厚度、白度及强度。
雷鹏飞等采用油酸原位合成的方法制取涂层用填充剂碳酸钙，将其应用于聚酰胺湿法涂层中，涂层膜的接触角下降了8.29°，涂层织物的墨迹长度减小了10.42mm，涂层织物的pH值下降至7.27，吸墨性改善，pH值更符合纺织品安全标准。
蒋继康等采用合成改性剂DOPO接枝改性碳酸钙，在聚酰胺涂层中实现了均匀的分散，涂层孔洞结构清晰、蓬松；涂层织物在潮湿环境下pH为7.02，符合环保要求，吸墨时间为89s，墨迹长度为53.4mm，打印条码清晰无断裂，评级达到A级。
陈智杰等采用含硅磷阻燃成分的偶联改性剂对碳酸钙进行表面接枝改性以提升分散性并赋予其阻燃功能，并成功在织物上构建表面光滑平整的多孔、薄型聚酰胺涂层。研究表明，改性碳酸钙具有良好的亲油性，其所制聚酰胺6涂层织物拥有较好的阻燃效果。
混凝土
表面涂层技术是一种提高混凝土耐久性的有效措施，具有防水、防覆冰和自清洁性能的超疏水涂层是目前的研究热点之一。
徐华凤等利用聚多巴胺在混凝土表面诱导碳酸钙矿化并将银离子原位还原为纳米银，用以构建微纳复合粗糙结构，通过低表面能硅烷对其进行疏水改性，得到了功能化的碳酸钙仿生超疏水涂层。结果表明，在普通环境和模拟海水环境中，复合涂层样品的体积吸水率相对于未处理样品分别下降了90.3%、93.44%，表现出良好的防水、抗渗透性能。复合涂层样品在砂纸表面反复摩擦5米等效距离后，涂层的接触角仍大于140°，其下降幅度仅为6.87%，表现出良好的耐磨性能。
为了提升户外砂岩建筑的防腐耐污性，文亚萍等通过液相反应合成了以碳酸钙为基底材料，脂肪酸作为疏水改性材料的碳酸钙基-脂肪酸改性涂层。研究表明，十八酸改性的球霰石碳酸钙平均晶粒尺寸较大（31nm），砂岩表面粗糙度变化大，疏水角可达119°，耐污等级为5级，吸水率仅为1.0%，对比未改性涂层处理砂岩样品，有效的提高了砂岩表面耐污性。
玻璃
袁志清等开发了一种简单易行的制备聚二甲基硅氧烷（PDMS）/CaCO的方法3基于超疏水涂层。获得的涂层可以应用于不同的基材，如牛皮纸、载玻片和铜板。涂层涂装到玻璃基板上并在常温条件下干燥后，涂层表面的接触角可达160°，滑动角度小于3°。剪切试验表明，超疏水性P3涂层具有很高的抗机械剪切性和粘附性，可以获得稳定的超疏水表面。户外实验表明，将硅酮树脂与硬脂酸改性后的碳酸钙制备成自清洁涂料，可以保留玻璃板85%以上的透明度，接触角达到110°左右，防雾性能也良好，暴露在户外4个月，自清洁性基本上没有被破坏。
金属
目前，墙板材料的自清洁行为非常受人关注，这种自洁行为通常可以通过构建疏水表面来实现。刘昌洋等将镁钕合金表面均匀沉积了一层约20微米厚的碳酸钙膜，提高了合金在含氯离子的模拟混凝土孔隙液中的耐蚀性。采用全氟癸基三乙氧基硅烷对覆膜样品进行化学改性，可使其具备自清洁能力。
结语
目前，在包装、餐具、建材、环保材料、纺织品、涂料、药品等众多领域已经出现了碳酸钙功能涂层的应用案例。随着企业降本增效需求日益迫切，今后碳酸钙功能性涂层的应用必将越来越广泛，应用技术也将逐步成熟。
参考文献
古卫乐，等：碳酸钙原位表面改性过程晶型调控及在超疏水涂层中应用研究，湖北大学
于少康，等：无机矿物碳酸钙的仿生矿化调控及其应用研究，燕山大学
程远，等：碳酸钙晶须复合纳米粒子制备超疏水涂层，中国科学院大学
徐华凤，等：滨海混凝土表面功能化的矿化复合涂层及耐久性研究，青岛理工大学
文亚萍，等：砂岩保护材料碳酸钙的制备及其改性研究，云南大学
袁志清，等：聚二甲基硅氧烷（PDMS）/CaCO的制备3基于超疏水涂层，湖南工业大学
雷鹏飞，等：油酸原位合成碳酸钙及其在聚酰胺湿法涂层中的应用，浙江理工大学
蒋继康，等：DOPO-Si改性碳酸钙的合成及其在聚酰胺湿法涂层中的应用，浙江理工大学
陈智杰，等：硅磷改性碳酸钙的合成及其在聚酰胺涂层中应用
(中国粉体网编辑整理/昧光)
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除!
