自组装方法构筑包覆型碳酸钙/TiO2复合颗粒与过程机理研究

本项目分别以TiO2和碳酸钙为组装物质单元主体与客体，以水介质体系中颗粒表面疏水作用力为主要驱动力，通过颗粒表面疏水性调控、同质颗粒分散性调控和异质颗粒间疏水作用、界面双电层作用及范德华作用等综合作用力协同以及相互识别为手段，构筑碳酸钙表面包覆TiO2为特征的碳酸钙/TiO2复合颗粒，以提高复合颗粒的稳定性、颜料功能的专属性，提高TiO2的包覆率，简化工艺环节，降低能量消耗。本申请项目拟对自组装过程颗粒表面疏水基团的构筑与识别、表面疏水作用力范围、影响因素与定量化调控及与其它表面力的协同关系等基础问题开展研究，认识以疏水表面力为主要驱动力构筑表面包覆性颗粒复合结构的科学规律，建立自组装技术制备碳酸钙/TiO2复合颗粒材料结构与性能间的关联。

研究了以TiO2和碳酸钙分别为组装物质单元主体与客体，采用微米和亚微米尺度结构自组装方法，构筑TiO2在碳酸钙颗粒表面有序而稳定的包覆分布结构以制备复合颗粒的技术和机理。主要结论和成果如下：.（1）研究了分别用硬脂酸钠和油酸钠改性调控碳酸钙和TiO2颗粒表面诱导疏水性技术。经改性调控，颗粒与水接触角最大可超过100°；.（2）以自组装方法，通过颗粒疏水化程度、外部输入能量和体系pH值的优化，可制备以碳酸钙表面包覆TiO2为特征的复合颗粒。TiO2颗粒在碳酸钙颗粒表面包覆完整、致密，二者之间的结合没有化学作用；.（3） 所制备的碳酸钙/TiO2复合颗粒具有与钛白粉相似的颜料性能，遮盖力达到钛白粉的约90%及以上，吸油量和白度与钛白粉相当，并且具有疏水性；.（4）对自组装复合体系中颗粒间的综合作用能进行了计算和分析。碳酸钙和TiO2颗粒在距离6~50nm内呈排斥作用，但能量小，借助适度的外部能量作用，可越过能垒并进一步吸引以形成作用识别和选择；而碳酸钙颗粒间难以逾越能垒，故保持分散；.（5）碳酸钙和TiO2颗粒在小于6nm范围通过强力的表面碳氢链缔合作用形成牢固结合，从而形成TiO2在碳酸钙颗粒表面的有序包覆分布。颗粒表面碳氢链缔合作用是自组装过程二者结合的内部驱动力。