Poreux carbonate de calcium Les microparticules (CaCO₃) ont suscité une attention considérable en raison de leurs larges applications dans des domaines tels que l'analyse chromatographique, le chargement de macromolécules biologiques, la libération pharmaceutique, les minéraux biomimétiques et la construction de surfaces superhydrophobes.
Techniques de préparation pour Carbonate de calcium poreux
Les méthodes à base de modèles sont devenues la méthode la plus courante pour la préparation du carbonate de calcium poreux. Elles utilisent des tensioactifs, des polymères et des composants végétaux naturels comme modèles. Au fil du temps, la coprécipitation, les méthodes par émulsion membranaire et les méthodes par solvant/hydrothermie ont été développées, élargissant considérablement la gamme des techniques de préparation. Parmi celles-ci, la méthode à base de modèles est la plus couramment utilisée et la plus aboutie technologiquement.
Le principe de base consiste à enrober l'agent structurant sélectionné de carbonate de calcium, formant ainsi une structure cœur-écorce. L'agent structurant est ensuite éliminé par dissolution dans un solvant, calcination à haute température ou réactions chimiques, laissant des particules creuses. Les méthodes d'utilisation d'agents structurants se divisent en agents structurants souples et agents structurants durs, les agents structurants souples étant plus couramment utilisés dans la préparation de carbonate de calcium poreux. Les méthodes d'utilisation d'agents structurants souples utilisent souvent de petites molécules comme des tensioactifs, ainsi que de grands composés organiques ou polymères comme agents structurants.
Le CaCO₃ poreux produit par des méthodes de matrices souples présente généralement des formes cubiques ou sphériques. La plupart de ces particules présentent des structures en trou de ver, et leurs surfaces peuvent être recouvertes d'agents matrices résiduels ou de leurs produits de décomposition.
Contrôle de la porosité et de la morphologie du carbonate de calcium
La recherche sur la préparation de particules poreuses de CaCO₃ se concentre sur le contrôle de la morphologie et les mécanismes de nucléation. Ce contrôle est principalement assuré par des tensioactifs, et le procédé de production a un impact significatif. Une grande variété de tensioactifs sont utilisés, notamment de petites molécules comme l'acide L-aspartique anionique et des additifs polymères comme le polystyrène sulfonate anionique (PSS), le polyéthylène glycol non ionique (PVA), le polyacrylamide (PAM), le polyoxyde d'éthylène (PEO) et les copolymères séquencés amphiphiles (DHBC). De plus, des systèmes tensioactifs complexes tels que le dodécylsulfate de sodium (SDS) et le copolymère tribloc PEO-PPO-PEO sont parfois utilisés.
Applications du CaCO₃ poreux
Les applications des matériaux poreux carbonate de calcium dépendent principalement de sa structure et de sa forme cristalline. Par conséquent, la recherche sur ses méthodes et mécanismes de préparation est devenue un sujet d'actualité dans son développement.
transporteurs pharmaceutiques
Le carbonate de calcium poreux peut être utilisé comme support pharmaceutique. Il présente une forte capacité de charge pharmaceutique et une bonne libération. En particulier, lorsqu'une enveloppe réactive enveloppe le CaCO₃ poreux, elle permet d'éviter une libération pharmaceutique soudaine et d'améliorer la réactivité du système, permettant ainsi une libération contrôlée avec des réponses multiples.
Matériaux de batterie
En chargeant des ions lithium sur du CaCO₃, le carbonate de calcium poreux libère des ions lithium dans l'électrolyte à mesure que les ions lithium actifs sont consommés. Cela améliore le rendement initial et la durée de vie des batteries au lithium. De plus, le nano-carbonate de calcium peut adsorber des sous-produits comme le HF dans l'électrolyte, réduisant ainsi l'acidité et prolongeant la durée de vie de la batterie. Ce procédé de chargement du lithium est simple, économique et évolutif pour une utilisation généralisée.
Matières plastiques
Le carbonate de calcium poreux a de multiples applications dans les plastiques. Il sert de charge pour améliorer les propriétés mécaniques et optiques des matériaux, et d'agent de nucléation pour améliorer leur aptitude à la mise en œuvre.
Matériaux adsorbants
La surface spécifique élevée et la porosité du carbonate de calcium poreux en font un excellent adsorbant. Par exemple, les aérogels composites à base de cellulose, associés à du CaCO₃ poreux et à de l'alginate de sodium, sont efficaces pour l'adsorption du formaldéhyde. Les aérogels préparés présentent de nombreux mésopores et macropores, ce qui leur permet d'atteindre une capacité d'adsorption du formaldéhyde élevée de 1 105 mg/g.
Matériaux adhésifs
Le carbonate de calcium poreux modifié utilisant des agents de couplage phénylsilane peut contenir 18 à 30 parties de durcisseurs. Cette charge élevée en durcisseur offre une forte adhérence et une résistance aux solvants, particulièrement adaptée au collage de films polyimides et de treillis métalliques pour la préparation de plaques de sérigraphie.
Matériaux décoratifs à base de papier
Le carbonate de calcium poreux chargé de dioxyde de titane a été utilisé avec succès pour préparer des matériaux décoratifs à base de papier avec une excellente résistance aux UV.
Biocapteurs
Les biocapteurs permettent une analyse rapide, à l'état de traces, à l'échelle moléculaire. Ils sont largement utilisés dans le diagnostic clinique, le contrôle industriel, l'analyse agroalimentaire et pharmaceutique, la protection de l'environnement et la recherche en biotechnologie.
Additifs pour chaussées en asphalte
Les additifs pour matériaux de revêtement en asphalte, notamment l'asphalte autoréparateur, sont fabriqués à partir d'un mélange de microcapsules modifiées par des nanofils d'argent, de régénérateurs d'asphalte et de carbonate de calcium poreux. Ces additifs libèrent lentement les régénérateurs pour reconstituer les composés aromatiques perdus dans l'asphalte, retardant ainsi le vieillissement et la fissuration. Cette combinaison améliore considérablement la durabilité et la capacité d'autoréparation des routes en asphalte.
Biocéramique
Le carbonate de calcium est largement utilisé en biologie et en médecine en raison de son excellente ostéoconductivité, de sa biocompatibilité et de sa dégradabilité. Doté d'une porosité, d'une taille de pores et d'une connectivité optimales, le carbonate de calcium poreux offre une meilleure biocompatibilité que les matériaux conventionnels, favorisant ainsi la régénération et la réparation osseuses. En clinique, il est utilisé pour la réparation des défauts osseux en orthopédie et en chirurgie buccale et maxillo-faciale, avec d'excellents résultats.
Conclusion
Le carbonate de calcium poreux continue de susciter un intérêt croissant en raison de ses diverses applications dans des domaines tels que l'administration pharmaceutique, les matériaux pour batteries et les céramiques biocompatibles. L'amélioration des techniques de préparation accroît la polyvalence de ce matériau dans les applications industrielles et environnementales. Grâce à ses excellentes porosité, surface spécifique et propriétés fonctionnelles, le CaCO₃ poreux est appelé à jouer un rôle essentiel dans le développement technologique de nombreux secteurs.