碳酸鈣為什麼要表面改性?關注一下，更多精彩等着你重質碳酸鈣是由天然碳酸鹽礦物粉磨而成，在破碎與粉磨過程中暴露出不飽和質點，使其顆粒表面親水疏油，很難在有機高分子基質中均勻分散，而表面改性是提升重質碳酸鈣應用性能、提高适用性、拓展市場和用量所必須的重要手段，其目的是：，今天小編就來說說關于碳酸鈣為什麼要表面改性?下面更多詳細答案一起來看看吧!

碳酸鈣為什麼要表面改性

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重質碳酸鈣是由天然碳酸鹽礦物粉磨而成，在破碎與粉磨過程中暴露出不飽和質點，使其顆粒表面親水疏油，很難在有機高分子基質中均勻分散，而表面改性是提升重質碳酸鈣應用性能、提高适用性、拓展市場和用量所必須的重要手段，其目的是：

（1）降低重質碳酸鈣的表面能，防止團聚；

（2）提高重質碳酸鈣在基體中的分散性；

（3）增強重質碳酸鈣表面與基體的界面親和性；

（4）提高改性重質碳酸鈣的專用性和功能性。

為了使改性重質碳酸鈣的填充效果達到最佳，必須要考慮其應用領域、加工方式、共混對象，對不同的基體和應用領域有針對性地選擇合适的改性劑和改性方法。

根據重質碳酸鈣表面改性工藝的不同，可将改性方法分為「表面化學改性、機械力化學改性、表面沉積改性、物理塗覆改性、高能表面改性」5大類。

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表面化學改性

表面化學改性是利用改性劑分子中的官能團和重質碳酸鈣粉體表面的活性點進行化學反應或化學吸附，使改性劑包覆在重質碳酸鈣顆粒的表面，增強重質碳酸鈣與填充有機基體的相容性和分散性，從而改善複合材料的加工性能和物理力學性能，是重質碳酸鈣工業生産中最主要的改性方法之一。

重質碳酸鈣表面化學改性常用的表面改性劑包括「硬脂酸（鹽）、钛酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、複合偶聯劑以聚合物」等。

（1）硬脂酸（鹽）

硬脂酸（鹽）是碳酸鈣最常用的表面改性劑，幹法工藝可直接加入硬脂酸，濕法工藝要先将硬脂酸皂化或者使用硬脂酸鹽，如硬脂酸鈉。

▲歐美某礦物公司：硬脂酸幹法改性重質碳酸鈣工藝流程（2台連續表面改性機串聯）

為了使硬脂酸更好地分散和均勻地與碳酸鈣粒子作用，也可預先将硬脂酸用溶劑（如無水乙醇）稀釋，改性時也可适量加入其他助劑。

例如：東南新材料股份有限公司利用硬脂酸濕法研磨所制得改性重質碳酸鈣，在有機樹脂中的分散性和相容性良好，并且制品的性能提高很多。

用硬脂酸（鹽）改性處理後的活性碳酸鈣主要應用于填充聚氯乙烯塑料、電纜材料、膠粘劑、油墨、塗料等。

（2）钛酸酯偶聯劑

钛酸酯偶聯劑的分子結構劃分為6個功能區，每個功能區均有各自的特點。了解了其特點後，就可以根據待處理粉體的特點及應用領域，來靈活性選擇能滿足各種要求的钛酸酯偶聯劑。

钛酸酯偶聯劑分為單烷氧型、螯合型、配位型：單烷氧型的特點是含有多功能，适應範圍廣，主要适應處理幹燥的碳酸鈣粉體。螯合型是含有乙二醇螯合基，适用于一定含水量的碳酸鈣粉體的表面改性。配位型是耐水性好，多數不溶解于水，不發生酯交換反應，适用多種粉體的表面改性。

▲钛酸酯偶聯劑幹法改性重質碳酸鈣工藝流程

用钛酸酯偶聯劑處理後的碳酸鈣，與聚合物分子有較好的相容性。同時，由于钛酸酯偶聯劑能在碳酸鈣分子和聚合物分子之間形成分子架橋，增強了有機高聚物或樹脂與碳酸鈣之間的相互作用，可提高熱塑料填充複合材料的力學性能，如沖擊強度、拉伸強度、彎曲強度以及伸長率等。用钛酸酯偶聯劑表面包覆改性的碳酸鈣和未處理的碳酸鈣填料或硬脂酸（鹽）處理的碳酸鈣相比，各項性能均有明顯提高。

為了提高钛酸酯偶聯劑與碳酸鈣作用的均勻性，一般用惰性溶劑，如液體石蠟（白油）、石油醚、變壓器油、無水乙醇等進行溶解和稀釋。如采用連續式的表面改性設備，如SLG連續式粉體表面改性機也可以不要用溶劑預先對钛酸酯偶聯劑進行稀釋。

（3）鋁酸酯偶聯劑

鋁酸酯偶聯劑以前是因易水解很少使用。近年來生産廠家生産的鋁酸酯采取了部分滿足中心鋁原子配位數的特殊結構，使其産品質量得到很大的提高。

鋁酸酯偶聯劑具有色淺、無毒、常溫是固體、熱穩定性高、使用方便等優點，同時鋁酸酯偶聯劑本身有一定的潤滑增塑功效，所以對重質碳酸鈣表面改性，鋁酸酯偶聯劑改性效果優于矽烷偶聯劑和钛酸酯偶聯劑。

經鋁酸酯偶聯劑改性的重質碳酸鈣常用來填充聚丙烯、聚氯乙烯、硬聚氨酯彈性體等體系，在提高填充量的同時，所得制品仍然具有良好的物理和應用性能，極大降低了成本。

（4）複合偶聯劑

複合偶聯改性劑改性是以偶聯劑為基礎，與其他加工改性劑、表面處理劑、交聯劑相結合，對重質碳酸鈣的表面進行複合改性處理。對重質碳酸鈣進行改性處理同時選擇兩種或多種改性劑，發揮每種改性劑自身的優勢，使重質碳酸鈣的改性效果更加優良，更能滿足各種功能化、專業化的需求。

▲複合偶聯劑改性重質碳酸鈣工藝流程

例如，揚州天力非金屬材料有限公司等利用鋁酸酯、钛酸酯偶聯劑、硬脂酸改性重質碳酸鈣，并将此重質碳酸鈣複合填料用于制備PVC電纜料和阻燃母粒，性能優良，而複合改性劑的使用将成為重質碳酸鈣表面改性的發展趨勢之一。

（5）聚合物改性劑

聚合物包覆改性包括反應性纖維素表面處理和接枝聚合物表面處理兩類。

反應性纖維素表面處理是将反應性纖維結合在重質碳酸鈣的表面，形成表面改性層，達到表面改性的目的。

廣福建材精化有限公司利用聚乙二醇濕法改性重質碳酸鈣，并廣泛應用于乳膠體系，使塗料體系的疏水性和施工性能提高，同時潤濕分散劑和消泡劑的用量減少。

接枝聚合包覆法是利用重質碳酸鈣表面的活性點進行聚合包覆反應，聚合後的有機高分子基體包覆在重質碳酸鈣粒子的表面上，阻止重質碳酸鈣的團聚，提高分散穩定性。接枝聚合處理的重質碳酸鈣表面與有機高分子材料表面的相似性提高，降低了重質碳酸鈣粒子表面的極性。

利用重質碳酸鈣表面羟基進行接枝聚合改性制得改性重質碳酸鈣，應根據主體樹脂的性質來選擇聚合的單體和預處理方式，使主體樹脂與載體樹脂的結構相似或相同，增加改性重質碳酸鈣與主體樹脂間的相容性。

廣西賀州市科隆粉體有限公司在重質碳酸鈣表面引發聚合包覆聚馬來酸酐-丙烯酰胺-甲基丙烯酸正丁酯，制得改性重質碳酸鈣粉體，可用于填充聚氯乙烯、聚乙烯、氯化聚氯乙烯等樹脂，不僅成本低，而且分散性好。

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機械力化學改性

機械力化學改性是利用粉碎、摩擦等機械手段，使重質碳酸鈣粉體的晶格發生位移、晶型發生變化，與此同時體系溫度升高，内能增大，大顆粒的碳酸鈣粒子不斷分解成較小甚至微米級、納米級的重質碳酸鈣顆粒，增強重質碳酸鈣顆粒表面的化學活性，易與改性劑發生化學結合或附着，使重質碳酸鈣顆粒的内能降低，處于較穩定的狀态，達到表面改性的目的。

在重質碳酸鈣的工業生産中，研磨粉碎和表面改性一般是分開進行，若在重質碳酸鈣粉碎的過程中同時加入改性劑對其表面進行改性，不僅能利用粉碎的物理機械力來增強表面改性效果，還可防止重質碳酸鈣顆粒過細而導緻的團聚現象發生。

此外，改性劑本身是一種優良的潤滑劑和分散劑，加入後會使顆粒間的摩擦減小，有助磨的功效，對設備也起到了一定的保護作用，使利用機械力化學改性重質碳酸鈣的工藝流程簡單化，改性效果和效率優良化。

東南新材料股份有限公司采用一種重質碳酸鈣研磨改性一體化生産的生産系統及生産方法，提高了超細改性重質碳酸鈣産品的質量，降低了超細改性重質碳酸鈣産品的生産成本。

▲中國地質大學（北京）丁浩教授團隊：碳酸鈣/钛白粉複合顆粒顔料制備工藝

中國地質大學（北京）丁浩教授團隊采用機械力化學包覆方法成功制備了碳酸鈣/钛白粉、高嶺土/钛白粉、水鎂石/钛白粉、矽灰石/钛白粉、電氣石/钛白粉等複合顆粒材料，可替代或部分替代钛白粉，用于化妝品、塗料、造紙、塑料等行業。

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表面沉積改性

表面沉積改性是采用合适的方法将改性劑沉澱在重質碳酸鈣的表面，是無機礦物顔料表面改性最常用的方法之一，适合工業化生産，工藝流程簡單，通過控制反應條件，可以獲得合适的粒徑和純度。

廣東拉芳個人護理用品有限公司利用SLG型（渦流式）粉體表面改性機，對牙膏用磨擦劑碳酸鈣進行表面改性，制得二氧化矽包覆微米級球形碳酸鈣顆粒，在磨損值相同的情況下，将改性碳酸鈣添加于牙膏中，與氟化物的相容性得到了顯著的提高。

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物理塗覆改性

物理塗覆改性是将改性劑與重質碳酸鈣以一定的比例混合，在分散力的作用下，改性劑通過範德華力或靜電引力等物理作用力吸附在重質碳酸鈣表面，形成單層、雙層或多層包覆層。

從物理塗覆改性定義可知，重質碳酸鈣的表面與改性劑之間沒有發生化學反應，隻是純粹的一種物理包覆，所用藥劑主要為表面活性劑、分散劑以及後來的超分散劑。

按照溶劑化鍊的單元結構，超分散劑可以大緻分為以下4種類型：聚酯型超分散劑、聚醚型超分散劑、聚丙烯酸酯型超分散劑、聚烯烴類超分散劑。

超分散劑的分子結構與傳統表面活性劑有相似的兩親性結構，一部分為錨固基團，常見的有—OH、—NH₂、—NR³ 、—COOH、—SO₃H等官能團，它們可通過離子鍵、共價鍵、氫鍵及範德華力等相互作用緊緊地吸附在固體顆粒表面，防止超分散劑與重質碳酸鈣表面脫附;另一部分為溶劑化鍊，如聚烯烴、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚等，适合分散在不同極性基體中。

與傳統表面活性劑相比，超分散劑有如下優點：

①與重質碳酸鈣顆粒表面結合力更強，幾乎不會發生解吸；

②聚合物的長分子鍊可以更有效地防止重質碳酸鈣粒子的再次團聚。

這些優點為超分散劑改性重質碳酸鈣在填充塑料、顔料、油墨、塗料等行業中的廣泛應用帶來了前景。

陸樹新等采用加入重質碳酸鈣質量分數為0.4%的自制聚酯型兩親型超分散劑對CC21500重質碳酸鈣進行表面改性，使改性後重質碳酸鈣的吸油值降低，粒徑分布也變窄，在非極性和極性基體中均能夠均勻分散和潤濕，體現了優良的親水親油性能。

董輝陽等以丙烯酸、單體M和單體N為共聚單體，過硫酸铵和亞硫酸氫鈉為引發體系合成了一種相對分子質量在3000-5000的高效分散劑。此分散劑可用來研磨細度至98級的重質碳酸鈣漿料，在研磨過程中漿料流動性和穩定性都較好，黏度相對較低，研磨效率較高，具有優良的商業價值。

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高能表面改性

高能表面改性是指采用強度較高、能量較集中的輻照、等離子體、超聲波等方式，對重質碳酸鈣表面進行改性處理的一種方法。作用時産生的強沖擊波和分散力能夠極大地削弱顆粒間的相互作用，可以有效地防止顆粒間的團聚，有利于重質碳酸鈣的分散。

采用感應耦合輝光放電等離子系統，并用氩（Ar）和高純丙烯（C₃H₆）混合氣體作為等離子體處理氣體對重質碳酸鈣（1250目）粉末進行低溫等離子體改性結果表明，經Ar-C₃H₆混合氣體處理的碳酸鈣填料與聚丙烯（PP）有較好的界面黏合性。這是由于經改性後的碳酸鈣顆粒表面存在一非極性有機層，因此降低了碳酸鈣顆粒表面的極性，提高了與聚丙烯（PP）的相容性和親和性。

重質碳酸鈣表面改性發展趨勢

未來，功能化、專用化将成為碳酸鈣發展的主要趨勢，并且産品結構也将發生很大變化。高檔産品如納米級碳酸鈣、超微細碳酸鈣、醫用級和食品級碳酸鈣；各種表面改性的專用碳酸鈣，如天然橡膠專用、合成橡膠專用、塗料專用輕質碳酸鈣，這些高附加值碳酸鈣産品市場需求量會越來越大，而關鍵技術和産品質量也必将是企業生存的關鍵。

表面改性對提高重質碳酸鈣的應用價值和性能有着至關重要的作用，是重質碳酸鈣的主要加工技術之一，其主要發展趨勢是：

（1）優化表面改性效果為了提高生産效率、降低改性成本，在加工生産中，應根據表面改性機理、基料的性質、加工工藝的技術等要求，有針對性的選取表面改性劑、助改性劑和改性設備。

（2）改性重質碳酸鈣尺寸納米化納米化的碳酸鈣會表現出與普通碳酸鈣不同或反常的理化性質，在殺菌消毒、透明性、增韌性和補強性等方面起到特殊作用。

（3）綠色環保化目前人們總是在倡導走可持續發展之路，因此生産環境友好的改性重質碳酸鈣填充料顯得非常重要。

（4）專用化、功能化為了滿足科技的進步對材料提出的更高的要求，碳酸鈣的改性會向專用型、功能型及高附加值型轉化。

參考資料：非金屬礦加工技術與應用手冊，作者：鄭水林、袁繼祖；重質碳酸鈣改性研究進展，作者：王千等；

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