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碳酸鈣表面改性劑大全

2021年粉體表面改性技術高級研修班将于2021.4.22~23在江蘇南京舉行，報-名-1-8-3-0-1-2-1-6-6-0-1，适用對象：非金屬礦粉體企業：碳酸鈣，矽微粉，滑石，重晶石，矽灰石，高嶺土，膨潤土，白雲石，石灰石，矽灰粉，雲母，矽藻土，海泡石，電氣石等；功能性粉體企業：氫氧化鎂，氫氧化鋁，氧化鋁，钛白粉，白炭黑，氧化鐵紅，珠光雲母，氧化鋅，粉煤灰，納米粉體等；藥劑和設備企業；粉體填料應用企業；其他需要粉體表面改性的企業。

　　有機物改性主要指通過化學或物理的方法，将有機物改性劑包裹在碳酸鈣表面，使碳酸鈣表面性質發生改變，從而達到增加界面相容性，減少粉體相互團聚，是碳酸鈣最主流的表面改性方法。　　　　目前，碳酸鈣常用的有機改性劑主要有表面活性劑、偶聯劑、聚合物等。　　　　1、表面活性劑　　　　表面活性劑是一種具有親水親油兩種官能團結構的分子，它可以充當橋梁作用，把無機粉體和有機物基體有效地結合起來。當前，在碳酸鈣表面改性表面方面主要使用的活性劑有脂肪酸（鹽）、磷酸酯類以及季铵鹽類。　　　　（1）脂肪酸（鹽）類　　　　脂肪酸（鹽）類改性劑屬于陰離子表面活性劑，主要包括了含有羧基、羟基、氨基或巯基等極性基團的脂肪酸。碳酸鈣能夠與脂肪酸（鹽）類的改性劑在表面發生物理吸附或者化學鍵合，得到的改性碳酸鈣表面形成具有長鍊的烷基烴結構。這種結構類似于高聚物的結構，增強了碳酸鈣與聚合物基體的相容性。　　　　就改性方法而言，脂肪酸（鹽）的濕法改性主要原理是使脂肪酸根離子（RCOO-）能夠與遊離的Ca2 反應，進一步遷移到碳酸鈣表面産生包覆效果；而幹法改性主要是碳酸鈣表面的羟基和Ca2 被脂肪酸的羧基進攻，對碳酸鈣顆粒産生包覆作用，減少顆粒之間的堆積現象。這一類改性劑有硬脂酸（鹽）、棕榈酸、木質素和樹脂酸（鹽）等。　　　　脂肪酸（鹽）首先以離子鍵的形式吸附在碳酸鈣表面活性最大的部分，脂肪酸與碳酸鈣反應生成了脂肪酸鈣沉澱物，并且逐漸在碳酸鈣表面形成一層膜，使碳酸鈣與碳酸鈣顆粒之間的間距增加，分子之間的相互作用減小，顆粒的團聚減少，近而使顆粒間的分散程度得以改善，碳酸鈣更容易分散在在油基介質中。　　　　（2）磷酸酯類　　　　磷酸酯主要通過磷酸酯（ROPO3H2）與碳酸鈣表面的Ca2 結合形成磷酸鹽在碳酸鈣表面産生包覆作用。經磷酸酯改性後，CaCO3表面磷酸酯的R基朝外，使改性後碳酸鈣親油性增強，使得填充改性後碳酸鈣複合材料的機械性能、加工性能進一步提升。　　　　（3）季铵鹽類　　季铵鹽類表面活性劑作為最常用的陽離子型表面活性劑，它主要是通過季铵鹽的正電荷與碳酸鈣表面發生吸附作用，而另一端與聚合物産生交聯作用成功對碳酸鈣的表面進行改性。　　　　2、偶聯劑　　　　偶聯劑是一種同時含有極性和非極性結構的物質。偶聯劑分子兩端的極性親水基團和非極性疏水基團分别可以與無機粉體和聚合物基體發生物理纏繞或者化學反應，使兩者得到穩定的結合，有利于相容性較差的高聚物基體和無機粉體之間通過偶聯劑的作用，發生緊密的結合，使得複合材料的性能得到進一步改善。将偶聯劑用于納米顆粒的改性，可以使得改性後納米顆粒在體系中的流變性和分散穩定性得到明顯改善。但是，偶聯劑改性存在一些顯著地問題，主要表現為價格昂貴，對高聚物具有一定的選擇性以及引起部分聚合物變色等，并且易在加工過程中産生水解。當前，世界範圍内用于碳酸鈣表面改性的偶聯劑類型主要有矽烷偶聯劑　　、钛酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑以及複合偶聯劑等。　　　　（1）矽烷偶聯劑　　　　矽烷偶聯劑是由美國聯合碳化物公司開發的應用最廣泛的偶聯劑之一，早期主要用于玻璃纖維增強塑料。但是矽烷偶聯劑在碳酸鈣表面改性方面的應用卻很少，而且實踐證明，大多數矽烷偶聯劑與碳酸鈣的表面結合效果很差，基本沒有效果，需要用到的偶聯劑種類也很多，從而成本較高使用複雜，與其他的偶聯劑相比實用性較差。　　　　（2）钛酸酯偶聯劑　　　　經過钛酸酯偶聯劑處理過的碳酸鈣表面覆蓋一層有機分子膜，改變了碳酸鈣的表面的性質。钛酸酯偶聯劑中存在的烷基部分在改性過程中易于水解與碳酸鈣表面的-OH結合，使碳酸鈣表面性質變為疏水；另一端的三個結構可以與聚合物發生纏繞或者化學結合，從而改善了與高聚物的界面相容性，也提高了複合材料的機械性能。　　　　钛酸酯作為改性劑的改性效果較好，但也存在很大缺陷：钛酸酯顔色為棕色，對于白度有要求的産品會受到影響；價格較貴，并可能對人體健康有危害（導緻肝癌）。因此，極大的限制了它的适用範圍。　　　　（3）鋁酸酯偶聯劑　　　　鋁酸酯偶聯劑對碳酸鈣的改性主要是碳酸鈣表面的羟基與偶聯劑中的烷氧基進行結合而達到改性目的，并且這個過程是不可逆的，效果良好。鋁酸酯改性碳酸鈣具有高活性、低吸油性、低吸濕性、粒徑小、易分散等特點。此外，在常溫下鋁酸酯偶聯劑為固體，顔色淺且無毒，适用于外觀要求嚴格、安全性好的産品。　　　　鋁酸酯作為改性劑的優點是：顔色較淺，無毒，熱分解的溫度較高，價格低廉，包裝、運輸方便，因此适用範圍廣泛。鋁酸酯的缺點是易水解，不能用于濕法表面改性工藝。　　　　（4）複合偶聯劑　　複合偶聯劑是指分子中含有兩個或者兩個以上金屬元素的新型偶聯劑。目前，用于碳酸鈣表面改性的複合偶聯劑主要有鋁锆酸酯偶聯劑和鋁钛偶聯劑　　除了以上幾種常用的偶聯劑之外，還有钴酸酯偶聯劑、鋅酸酯偶聯劑和硼酸酯偶聯劑等一系列常用于碳酸鈣表面改性的表面改性劑。　　　　3、聚合物　　聚合物表面改性是指在碳酸鈣粒子表面形成一層核殼結構的高聚物層。聚合物改性碳酸鈣主要有兩種情況：一種是在碳酸鈣表面單體通過聚合反應形成高分子鍊段；另一種為将聚合物溶解在适當的溶劑中形成高分子溶液，并向其中加入碳酸鈣，當高聚物逐漸吸附到碳酸鈣表面之後将溶劑清除，形成包覆。這樣聚合物可以定向吸附到碳酸鈣表面，形成有效的吸附層，減少碳酸鈣粒子的團聚現象，提高分散性，改善碳酸鈣在使用過程中的分散性能不佳的缺點，達到表面改性的目的。　　　　常用的聚合物主要有低聚物、高聚物和水溶性高分子。　　　　資料來源：《雷鵬飛. 碳酸鈣塗層填充劑的表面改性及應用研究[D].浙江理工大學,2019》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請注明出處！　　　　

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