貝殼粉改性研究

葉柄楊 蓋廣清

吉林建筑大學吉林省建筑節能技術工程實驗室（130018）

0 前言

貝類水產品中的貝殼占其總量的60%以上卻沒有被利用，這樣不僅造成了嚴重的資源浪費還會造成環境的污染，對人類的健康產生巨大的危害[1]。碳酸鈣（CaCO3）在貝殼中的含量最高，占貝殼總含量的95%左右。除碳酸鈣外，剩下5%的主要成分為甲殼素、糖蛋白、多糖以及蛋白質等有機質[2-3]。目前對貝殼粉的研究主要為純貝殼粉及煅燒后的貝殼粉，這些貝殼粉在有機溶劑中分散性較差且極易發生團聚。為了解決這一問題文章使用不同的改性劑對貝殼粉進行表面改性研究。

1 試驗部分

1.1 主要原材料與儀器

貝殼粉，遼寧圣島納米貝殼生物科技有限公司生產。硅烷偶聯劑，南京創世化工助劑有限公司生產。鈦酸酯偶聯劑，南京創世化工助劑有限公司生產。其他原材料與儀器有煤油、磁力攪拌器、恒溫干燥箱等。

1.2 試驗方法

首先在50 mL 量筒內加入30 mL 煤油，稱取1 g 改性貝殼粉樣品放入量筒，用玻璃棒攪拌1min后靜置，并記錄貝殼粉的沉降體積。在相同的試驗條件下貝殼粉的沉降體量越大，說明在有機溶劑中的分散性越好。

2 試驗結果分析

試驗控制因素改性溫度為80 ℃，時間定為20 min，轉速設為600 r/min，研究了兩種不同改性劑不同用量對貝殼粉改性效果的影響，貝殼粉在有機溶劑中的沉降體積是本試驗的主要評價指標。改性結果見表1 及如圖1 所示。

表1 改性劑用量對沉降體積的影響用量（%）

圖1 改性劑用量對沉降體積的影響

從圖1 可見，隨著兩種改性劑摻量的增加，貝殼粉的沉降體積明顯提高。當鈦酸酯偶聯劑摻量為1.3%時沉降體積達到最大，繼續摻入時沉降體積增長平緩甚至有所下降。當硅烷偶聯劑摻量為1.6%時繼續摻入，沉降體積增加趨于平緩。試驗結果說明，經過鈦酸酯偶聯劑與硅烷偶聯劑改性后的貝殼粉在有機溶劑中的分散性得到了有效的改善，貝殼粉與有機物質的相溶性逐漸增強。綜合圖1 可知，當鈦酸酯偶聯劑用量達到1.3%時，硅烷偶聯劑用量達到1.6%時，貝殼粉的改性效果較好。

圖2 改性前后的XRD 分析

圖2 是純貝殼粉及改性貝殼粉樣品的XRD圖。由圖可知，貝殼粉在15°～60°特征峰明顯，主要成分為方解型CaCO3在29.7°、39.9°、48.3°和57.5°等位置分別對應方解型碳酸鈣的（104）、（113）、（018）、（112）晶面，同時還有部分為Ca(OH)2在27.5°、33.8°等位置分別對應氫氧化鈣（001）、（011）晶面。產生部分氫氧化鈣可能是樣品暴露在空氣中與空氣中的水蒸氣反應的結果。經過硅烷偶聯劑以及鈦酸酯偶聯劑表面改性過的貝殼粉，其成分及晶型幾乎沒有發生改變，說明這兩種偶聯劑僅對貝殼粉的表面產生作用。

圖3 改性前后的SEM

圖3 為改性后貝殼粉的掃描電鏡，貝殼粉邊角變得圓潤并且均勻分散，團聚現象明顯減少。在貝殼粉的表面產生一些膠狀物，膠狀物并沒有破壞貝殼粉的微孔結構，證明改性劑僅在貝殼粉的表面產生作用。

3 結語

貝殼粉的沉降體積隨著鈦酸酯偶聯劑與硅烷偶聯劑摻量的增加明顯提高。當鈦酸酯偶聯劑摻量為1.3%時，硅烷偶聯劑摻量為1.6%時，貝殼粉的改性效果較好。當改性條件相同時，鈦酸酯偶聯劑改性效果優于硅烷偶聯劑。

通過XRD 分析可知，經過表面改性過的貝殼粉，其成分及晶型與純貝殼粉相比幾乎沒有改變，說明改性劑僅對貝殼粉的表面產生作用。

通過SEM 分析可知，改性劑僅對貝殼粉表面產生包覆作用，并未破壞貝殼粉的微孔結構。