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生物矿化是自然界中普遍存在的，在生物体内不溶性骨架及可溶性调控基质的介导下，无机矿物可控地成核、结晶、生长，生成具有复杂的分级结构以及特殊的光、电、磁、力学性质及催化活性的生物矿物的过程。受到这一奇妙的自然现象的启发，大量有机添加剂及模板或自组装有机超结构被用于模拟这一矿物调控过程，制备具有特殊尺寸、形貌及结构的有机-无机杂化材料。碳酸钙作为分布最广的生物矿物及应用十分广泛的工业填料，其原料易得且晶型结构明确，常被用做仿生结晶研究的模型矿物。其结晶调控机理的揭示一方面可以指导结构、尺寸、形态、有序构造乃至等级结构高度可控的新型复合材料的制备;另一方面为钙基过碱化润滑油清净剂乃至多种碳酸钙相关材料的生产及优化提供理论支持与全新的研究视角。 两亲性嵌段共聚物在溶液体系中易组装形成胶束、囊泡等微相分离形貌，从而有望作为仿生结晶调控的不溶性骨架基质，用于介导合成特殊结晶形貌的有机-无机杂化材料。本论文采用两种不同的策略，制备了系列聚（丙烯酸-2-乙基己酯）-b-聚对苯乙烯磺酸钠(PEHA-b-PSSNa)及聚丙烯酸叔丁酯-b-聚对苯乙烯磺酸钠(PtBA-b-PSSNa)两亲性嵌段共聚物。首先通过点击化学(Click)的方法进行嵌段共聚物的构筑。分别制备了含功能化叠氮端基的亲水链段及含炔端基的疏水链段，随后通过叠氮基-炔基环加成Click反应实现二者的偶联。研究表明，在筛选优化的H2O/THF溶剂体系下，Click反应可以高转化率地实现无共溶剂的α-alkyne-PEHA与α-azido-PSSNa的偶联。非均相体系条件下无共溶剂的聚合物链段间的Click偶联工作迄今未见报道，这一偶联反应的成功实现为两亲性聚合物拓扑结构的设计及制备提供了新思路。为了获得规整的两亲性嵌段共聚物，我们采用原子转移活性自由基聚合（ATRP）进行均聚物构筑嵌段的制备。通过采取低单体浓度及低聚合温度下的有机相ATRP反应，成功地制备了PDI在1.12～1.19的PEHA及PtBA均聚物。与之相比，对苯乙烯磺酸钠在水相体系的ATRP反应表现出较差的可控聚合特征。但经筛选出适当的引发体系（4-溴甲基苯甲酸）及反应溶剂体系（水/甲醇混合溶剂），降低单体聚合速率，获得了分子量可控及分布较窄的PSSNa产品。与此同时，我们还研究了聚电解质PSSNa在水相溶液中的溶解行为，以确定合理的水相GPC表征条件。研究表明，聚电解质PSSNa在水相GPC中的分离行为与流动相的极性及离子强度密切相关。当流动相离子强度适中时，PSSNa不发生团聚，溶解行为与非离子型聚合物相似。加入甲醇及适当降低流动相离子强度均可以有效减少聚合物骨架与分离柱间的疏水相互作用，从而避免响应峰拖尾。除“ATRP与Click联用”的构筑方案外，还采用全ATRP途径进行了两亲性嵌段共聚物的合成。以α-bromide-PEHA及α-bromide-PtBA为大分子引发剂，在DMF溶剂中ATRP聚合对苯乙烯磺酸钠，制得了PEHA-b-PSSNa及PtBA-b-PSSNa。该方案合成路径短、产率高、纯化简单，是构筑两亲性嵌段共聚物的另一条有效途径。 在水/甲醇溶剂体系中初步考察了所制得两亲嵌段共聚物PtBA-b-PSSA的溶液组装行为，高度重现地获得了稳定的球形胶束聚集体。进一步的仿生结晶研究表明，该富含磺酸基的组装体对碳酸钙具有很强的晶型选择性和晶相调控作用，介导形成稳定的球霰石型碳酸钙结晶微球。 基于酸性有机基质调控碳酸钙仿生结晶的研究基础，本论文着重开展了磺酸钙基润滑油清净剂的制备及其碳酸化相转变机理的研究。开展了以工业副产物重烷基苯磺酸(HABSA)为起始物的过碱化清净剂的制备以及以长链线性烷基苯磺酸(LCABSA)、短链线性烷基苯磺酸(SLAB SA)为模型表面活性剂的碳酸化反应规律探索。通过采用电位滴定、配位滴定、热稳定性分析、粘度、FT-IR、SLS、DLS、XRD、TEM、TGA等分析表征手段，系统考察了不同反应时间、不同物料配比条件下的过碱化清净剂制备及其相转变行为，阐明了清净剂制备历程、相转变机理及烷基苯磺酸盐清净剂制备物料调控的一般规律。反应历程方面，清净剂的碳酸化反应在磺酸盐表面活性剂形成的油包水反胶束粒子中进行。随着CO2扩散进入溶解有Ca(OH)2/CaO的极性反胶束核，CaCO3在核内生成，并逐渐过饱和、沉降成核。CaCO3粒子的生长通过布朗运动胶束间的碰撞、融合实现。FT-IR及XRD分析表明，反应初期生成的CaCO3为无定形态。核内存在的少量Ca(OH)2对于维持无机核的无序性，避免CaCO3结晶十分重要。当核内的Ca(OH)2在高碳酸化条件下反应完全时，CaCO3将发生由无定形(ACC)向结晶球霰石的转变而不是传统认为的生成方解石。 进一步通过热老化试验对不同晶型及不同表面活性剂体系的清净剂产品进行了热稳定性评价。结果表明，保持无机胶束核的ACC相态是获得稳定的碱值储备的先决条件。清净剂产品无机核内球霰石结晶含量越低，产品稳定性越高。此外，烷基苯磺酸盐表面活性剂的烷基链的数目及链长对产品的性能有很大的影响。长烷基链(LCABS)及双烷基链(HABS)不仅可以阻止胶束粒子间的团聚，还可以保护亚稳态的无机核，避免其在高温工作环境中发生核间融合及碳酸钙的结晶。 最后，考察了物料构成及配比对无机核相转化及产品性能的影响。碱性钙盐的组成以及促进剂甲醇、催化剂氯化钙和表面活性剂的投料量等对产品的粘度及外观有显著影响，但对无机核的结晶转化影响很小，这就使得基于磺酸盐的清净剂制备对原料选择及配比变化具有很好的耐受度，保证了较宽的有效工作窗口和良好的可操作性。另一方面，水含量同时影响产品的质量及制备过程中的相转化，过量的水会降低反胶束的稳定性从而缩短胶束无机核由ACC向球霰石碳酸钙转化的起始时间并引起团聚和凝胶化。这些对原料及助剂作用规律的充分认识和反应过程的深入了解，对于过碱化清净剂产品的质量控制及性能优化具有十分重要的意义。