中國粉體網訊 為了改善納米碳酸鈣的表面性能，國內外采用有機物、無機物對其進行包覆改性，其中以二氧化硅的包覆改性居多。
核殼結構CaCO3@SiO2就是采用無機物SiO2對納米碳酸鈣顆粒進行表面包覆改性，以解決納米碳酸鈣在應用時顆粒易二次團聚，穩定性和分散性能不理想，避免采用有機物改性納米碳酸鈣在材料成型加工過程中易產生黃變，存在白度、光澤、耐老化、機械性能差等一系列問題。
CaCO3和CaCO3@SiO2的透射電鏡圖
1、CaCO3@SiO2復合顆粒的制備方法
目前，CaCO3@SiO2復合顆粒的制備方法主要有機械力化學法、微波沉淀法、硅酸鈉-酸沉淀法和Stöber法。
其中，機械力化學法和微波沉淀法是利用已有的SiO2與CaCO3形成復合顆粒，而硅酸鈉-酸沉淀法和Stöber法是在復合過程中首先形成硅酸（H2SiO3），再經由穩定透明的溶膠體系陳化、絮凝并縮聚成為SiO2，最終在CaCO3表面形成三維空間網絡結構的凝膠并沉淀。
2、CaCO3@SiO2復合材料應用
（1）改性CaCO3@SiO2復合顆粒制備超疏水涂層
王新豪等研究表明，納米CaCO3/SiO2復合體系在水中分散性良好的最佳試驗組合方案為：分散劑濃度為7%，溫度為55℃，pH值為9，納米CaCO3和SiO2質量配比為65:35，復合分散體系的穩定性最佳。此時，納米CaCO3/SiO2復合體系粒子平均粒徑為5.26μm，粘度為18mpa·s，靜置24h的分散度為97.5%。
通過觀察荷葉、稻葉、蝴蝶翅膀和壁虎腳等表面的天然超疏水現象，研究人員對特殊的粘附性和自清潔性產生了濃厚興趣，開展了大量研究。陳代梅等采用碳酸化法制備CaCO3@SiO2及其性能和應用，結果表明：CaCO3@SiO2具有CaCO3表面均勻包覆納米SiO2的二元結構特征，其比表面積、耐紫外和耐酸性能相比CaCO3顯著提高。CaCO3@SiO2經十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）改性制得的超疏水自清潔涂層水接觸角和滾動角分別為155.3°和2.1°，并具有良好的耐紫外穩定性。
廣西民族大學聯合廣西華納新材料股份有限公司進行中試放大試驗生產CaCO3@SiO2納米顆粒，產品為核殼結構的CaCO3@SiO2納米顆粒，殼層是一厚度為5nm左右的二氧化硅。與CaCO3相比，CaCO3@SiO2納米顆粒在空氣中穩定性更好，在軟PVC中應用，加工流動性、色差指標更優；在硅酮膠中應用，拉伸強度和模量指標有所提高，可以解決納米碳酸鈣應用中存在的黃變、分散、流動、機械強度等問題。
（2）CaCO3@SiO2復合顆粒作填料
CaCO3具有廣泛易得、色白及價廉的特點，因而成為橡膠、造紙和涂料等工業中用量最大的淺色礦物填料之一。研究表明，應用CaCO3@SiO2的紙張具有比應用純SiO2紙張更高的平滑度（60.8%）和光澤度（78.4%），具有比應用純CaCO3紙張更高的密度（28.8%）和清晰度（4.1%）。
另外，研究人員發現在制備硅橡膠時加入核殼結構的CaCO3@SiO2復合顆粒除可解決CaCO3與基體結合不佳及附加值低的問題外，還可解決純SiO2作為補強劑聚集程度高及流動性強導致的成本高和補強效果不佳的問題。
2025年4月10-11日，由中國粉體網主辦的第四屆全國碳酸鈣產業高值化發展交流大會將在安徽·池州舉行，屆時中國地質大學（北京）陳代梅教授將在大會上作《碳酸鈣復合功能材料的構建與功能化研究》主題報告，介紹采用碳酸化法制備CaCO3@SiO2的全流程技術工藝及其性能和應用前景。
專家介紹
陳代梅，教授，博士生導師，博士畢業于天津大學。主要從事環境和能源催化材料及其應用研究。目前兼任中國感光學會光催化專業委員會委員、中國化學快報青年編委會委員、中國化學學會會員。
主持和參與國家自然基金、教育部高校基本業務經費項目、省科技廳項目、科技支撐項目和企業合作項目等20余項。2018年獲得中國循環經濟技術協會科學技術進步一等獎（排名第三）。2019年獲得綠色礦山科學技術一等獎（排名第二）。
近幾年，以第一作者和通訊作者在權威國際期刊Appl.Catal.B-Environ.,J.Hazard.Mater.,Chinese J.Catal.，ACSAppl.Mater.Interface,Chem.Eng.J.等發表SCI論文100多篇，引用達9000多次，其中9篇文章選1% ESI Highly-Cited論文，單H值為48。2018年被英國皇家學會評為1%高被引作者，被催化學報評為優秀作者。全球學者庫評出的“全球頂尖前10萬科學家名單”以及美國斯坦福大學發布的2024年全球前2%頂尖科學家。
參考來源：
陳代梅：碳酸鈣復合功能材料的構建與功能化研究，中國地質大學（北京）
張涵：CaCO3@SiO2復合顆粒的制備及應用研究進展，中國地質大學（北京）
王新豪：納米CaCO3/SiO2復合分散體系的制備及其穩定性與膠凝性研究，中國礦業大學
朱天孝：5萬t/aCaCO3@SiO2納米顆粒的產業化實踐，廣西民族大學
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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