1、.利用白云石合成輕質(zhì)碳酸鈣/聚甲基丙烯酸甲酯納米復合材料摘要：對于合成貴重的納米復合材料PCC/PMMA來說，無論是在工業(yè)規(guī)模還是在實驗室條件下，簡單而又經(jīng)濟的技術(shù)都是非常重要的。然而，使用自然條件下的礦物質(zhì)來合成納米復合材料對于自然資源的增值以及替代高品質(zhì)的原材料來說都是一個巨大的成功。我們報告這樣一個新的方法：利用自然條件下的白云石來合成PCC/PMMA。合成的產(chǎn)品用XRD、FT-IR、TGA、DSC、AAS來表征。在有利于形成文石的條件下PMMA能促進方解石的形成。這個研究表明白云石可作為一種可選的自然資源來合成能夠滿足工業(yè)要求的PCC納米復合材料。PCC/PMMA納米復合材料能夠表現(xiàn)出

2、非常好抗酸性以及在有機溶劑中很好的分散性。1.引文：輕質(zhì)碳酸鈣納米復合材料越來越廣泛地使用于造紙、紡織、橡膠、塑料、化妝品、密封劑、牙膏和食品行業(yè)。PCC被廣泛需求得益于把PCC能夠與有機基質(zhì)結(jié)合起來合成新穎的納米合成材料。這些材料結(jié)合了PCC與有機基質(zhì)的性質(zhì)。這些PCC納米合成材料已經(jīng)成為工業(yè)上一個很有吸引力的選擇，因為他們可以經(jīng)過改性以滿足特殊的工業(yè)需求。聚甲基丙烯酸甲酯是又一個被快速應用于合成納米復合材料的有機基質(zhì)，它能為復合材料提供特殊的性質(zhì)，如：抗酸性、生物兼容性以及在有機溶劑中良好的分散性。另一方面，碳酸鈣能加強PMMA的耐磨性以及熱穩(wěn)定性。因此，對于工業(yè)應用和實驗研究來說，PCC

3、/PMMA納米復合材料是一種非常有用的材料。PCC/PMMA的合成通常分兩步進行：1）制備PCC以及使用表面改性劑對其進行表面改性；2）在反應混合液中，甲基丙烯酸甲酯在改性過的PCC表面進行原位聚合。表面改性劑使PCC與能夠兼容。然而，無論是在工業(yè)條件下還是在實驗室條件下，在合成PCC/PMMA的過程中需要加入表面改性劑，這會造成額外的時間和經(jīng)濟成本。因此，找到一種有效而簡單的方法來合成這種復合材料是十分重要的。通常說來，需要通過CaCO3含量高的高品質(zhì)礦石來合成PCC。然而，一般的碳酸巖主要成分為白云石。盡管在世界范圍內(nèi)白云石含量豐富。但是還沒有關(guān)于使用白云石合成PCC的報告，白云石主要含C

4、aMg（CO3）2，如果鈣鎂成分能進行有效分離，白云石將成為合成PCC的一種重要資源礦。白云石中鈣鎂分離的困難之一在于白云石中的鈣、鎂化合物均為低溶解性物質(zhì)。然而，利用蔗糖溶液來分離白云石中的鈣鎂已經(jīng)被證明是一種非常成功的方法。輕燒白云石溶于蔗糖溶液中，氧化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)檎崽氢}，氧化鎂以沉淀的形式存在。經(jīng)提純的氧化鎂可應用于殺菌劑、吸附劑以及具有特殊性能的催化劑，這將會提高白云石的利用價值，而蔗糖鈣溶液將被用于合成PCC。因此，我們致力于設計一種簡單而有效的方法，利用白云石來合成PCC/PMMA納米復合材料，這種材料通過原位聚合作用來合成，不需額外添加表面改性劑，MMA的聚合與CaCO3的成核就能夠

5、實現(xiàn)。我們強烈建議利用白云石來合成PCC納米復合材料，這樣白云石的利用價值將得以提高。2.實驗部分2.1 實驗原料剛蒸餾出來的甲基丙烯酸甲酯通常是合成聚甲基丙烯酸甲酯的有機基質(zhì)。加入蔗糖，用于提高白云石的可溶解性。過硫酸鈉為MMA聚合反應的指示劑。碳酸鈉提供碳酸根的來源。以上所使用的材料均為分析純并購自Aldrich。白云石采自Digana，Sri Lanka采石場。2.2 可溶性鈣離子溶液的制備首先，用XRD、TGA、AAS對白云石進行表征，然后進行粉碎、研磨，用300目的篩網(wǎng)過濾。粉末狀的白云石樣品在1000條件下煅燒4h。把10g的輕燒白云石溶于100ml1M的蔗糖溶液中，攪拌下反應1h

6、，抽濾可得可溶性鈣離子溶液。2.3 PCC/PMMA納米復合材料的合成把上述制備的可溶性鈣離子溶液加入500ml的三口燒瓶中，加入如1.00g過硫酸鈉?？刂苹旌弦簻囟葹?0，分別同時逐滴加入10ml剛剛蒸餾出來的MMA、80ml碳酸鈉溶液。磁力攪拌2h。最終產(chǎn)品用熱水清洗3遍，洗凈雜質(zhì)。2.4 PCC/PMMA納米復合材料的表征合成的碳酸鈣的晶相使用西門子D5000X-ray粉末衍射分析儀進行表征。晶相平均顆粒尺寸可通XRD主峰的全幅寬度，運用謝樂公式進行估算。使用開普勒的方法，傅里葉變換色譜記錄在Shimadzu IRPrestige 21儀器上。使用STA S-1500儀器，在一定氣流下，

7、在10/min下進行TGA和DSC分析。3.結(jié)果討論3.1 白云石的表征圖1為采自Digana，Sri Lanka采石場的粉末白云石碳酸巖樣品的XRD圖。圖1圖2主峰（30.9 °）表明了白云石作為礦物的主要成分而存在，次峰（29.4 °）表明有少量的方解石的存在；白云石在大氣條件下的TGA圖說明了一個單級過程，在680-780的溫度范圍內(nèi)的質(zhì)量損失為43%，這是由于CaMg（CO3）2轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸}和氧化鎂。這個單級分解反應發(fā)生在低壓條件下。ASS分析結(jié)果表明碳酸鈣、碳酸鎂以及白云石中雜質(zhì)含量分別為49.9%，35.8%和14.3%。3.2 PCC/PM

8、MA納米復合材料的表征所合成的PCC/PMMA納米復合材料為白色超細粉末，圖3為PCC/PMMA納米復合材料的XRD分析結(jié)果，證明了該方解石多晶型物中碳酸鈣的存在而沒有其他雜質(zhì)峰。除了方解石峰意外，還發(fā)現(xiàn)了碳酸鐵和氧化鎂的峰，分別位于31.45 °、60.70 °,。根據(jù)迪拜-謝樂公式，方解石的平均顆粒尺寸為20.8nm。圖3中PMMA的XRD分析圖表明PMMA是非晶體，所以PMMA基質(zhì)在XRD分析圖譜中沒有出現(xiàn)。圖3圖4如圖4所示，在FT-IR色譜圖中，位于874,712以及2515cm-1處尖銳而狹窄的吸收帶表明了方解石的存在。記錄PCC和PMMA的FT-IR色譜圖，把它們和復合材料的色譜圖進行對比。很明顯，PMMA和復合材料的吸收帶在610、748、1085、1147cm-1處都有表現(xiàn)出來，而沒有出現(xiàn)PCC的吸收帶。如此，表明PMMA存在于縫合材料中。復合材料中PMMA的一些吸收帶被碳酸鈣的吸收帶覆蓋，這可能是由于在成核過程中吸收了PMMA的-COOCH3的基團來形成方解石晶