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碳酸鈣表面改性

發(fā)布日期:

2021-06-08

　　表面改性是改善碳酸鈣應用性能、提高適用性、拓展市場和用量所必須的重要加工技術，目前主要有無機物表面處理、有機物表面改性、聚合物表面改性、機械力化學改性和高能表面改性等5大類方法。

　　1、碳酸鈣無機物表面處理

　　碳酸鈣具有耐酸性差、pH值高的缺點，從而使其適用范圍和使用量受到了很大程度的限制。將碳酸鈣通過無機表面改性處理，可使得碳酸鈣表面產(chǎn)生雙靜電層，從而降低了顆粒之間的相互排斥作用，減少了堆積現(xiàn)象的產(chǎn)生。與此同時，增加了碳酸鈣的親水性，使碳酸鈣在水中能夠被良好的潤濕，從而增加了分散性能，擴大了適用范圍。

　　Do Su Kim等通過硅氟酸根離子的水解使非晶態(tài)的硅在碳酸鈣表面沉淀析出，提高了碳酸鈣的耐酸性。

　　2、碳酸鈣有機物表面改性

　　有機物改性主要指通過化學或物理的方法，將有機物改性劑包裹在碳酸鈣表面，使碳酸鈣表面性質發(fā)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。

　　常用的表面改性劑主要有：脂肪酸(鹽)、磷酸酯類、季銨鹽類、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑以及復合偶聯(lián)劑等。

　　3、碳酸鈣聚合物表面改性

　　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鏈段;另一種為將聚合物溶解在適當?shù)娜軇┲行纬筛叻肿尤芤海⑾蚱渲屑尤胩妓徕}，當高聚物逐漸吸附到碳酸鈣表面之后將溶劑清除，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(xiàn)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

　　4、碳酸鈣機械化學改性

　　機械化學改性主要是利用強烈的機械力的作用使碳酸鈣粒子的表面得到激活，碳酸鈣表面的晶體結構發(fā)生改變，使得晶格在一定程度上發(fā)生移動，從而與其他物質之間的反應活性得到增強。

　　這種方法主要針對于顆粒比較大的碳酸鈣效果好，但對于納米碳酸鈣來說，由于其粒徑小，機械力對它的改善效果不是很好，但是卻可以激活表面的一些活性位點和基團，能夠增強與有機表面改性劑的相互作用，故可以采用機械化學和其他改性手段相結合的方法改性納米碳酸鈣。

　　5、碳酸鈣高能表面改性

　　高能表面改性主要利用高能射線、等離子體等方式對無機粉體表面改性處理。該方法主要依靠具有高能量的射線及等離子體源對碳酸鈣進行表面的轟擊和觸碰，使碳酸鈣表面上產(chǎn)生了一些具有反應活性的位點，然后加入不飽和的單體(如乙烯基單體)，不飽和單體能夠與表面的活性位點發(fā)生反應，在無機粒子表面形成一層包覆的有機膜。

　　但這種方法的成本高、改性之后的效果也不是很穩(wěn)定，應用得到一定程度的限制。

　　碳酸鈣粉體的表面改性主要是解決3方面的問題：

　?、偬妓徕}的分散問題

　　②與有機高分子材料界面結合的問題

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　　因此，在選擇表面改性劑時應綜合考慮以上幾點，并要根據(jù)表面改性劑的結構、性質及其與碳酸鈣粉體的作用機理，同時還應考慮有機高分子制品的基料性質、配方、工藝技術要求及碳酸鈣的物理化學性質，對其進行正確的和有針對性的選擇。另外，在改性劑的選擇中，并不要僅僅只用偶聯(lián)劑來進行表面改性，而要應根據(jù)碳酸鈣粉體的性質及有機高分子制品的配方及工藝技術要求等，加入一定量的其它助改性劑和助劑，配合偶聯(lián)劑進行更有效的表面改性，使改性碳酸鈣粉體產(chǎn)品的性能和質量達到更高的要求，使產(chǎn)品的成本更低。

　　經(jīng)偶聯(lián)劑改性的碳酸鈣粉體，都會產(chǎn)生少部分的團聚顆粒，給產(chǎn)品的質量帶來一定的影響，所以一定要進行有效的分級，只有這樣才能完全保證產(chǎn)品的質量。

　　碳酸鈣常用的表面改性劑有硬脂酸(鹽)、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑等。

　　硬脂酸(鹽)

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

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

　　用硬脂酸(鹽)改性處理后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、涂料等。

　　鈦酸酯偶聯(lián)劑

　　鈦酸酯偶聯(lián)劑的分子結構劃分為6個功能區(qū)，每個功能區(qū)均有各自的特點。了解其特點后，就可以根據(jù)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鈦酸酯偶聯(lián)劑。

　　鈦酸酯偶聯(lián)劑分為單烷氧型、螯合型、配位型：

　　(1)單烷氧型的特點是含有多功能，適應范圍廣，主要適應處理干燥的碳酸鈣粉體。

　　(2)螯合型含有乙二醇螯合基，適用于一定含水量的碳酸鈣粉體的表面改性。

　　(3)配位型耐水性好，多數(shù)不溶解于水，不發(fā)生酯交換反應，適用多種粉體的表面改性。

　　用鈦酸酯偶聯(lián)劑處理后的碳酸鈣，與聚合物分子有較好的相容性。同時，由于鈦酸酯偶聯(lián)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，可提高熱塑料填充復合材料的力學性能，如沖擊強度、拉伸強度、彎曲強度以及伸長率等。用鈦酸酯偶聯(lián)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。

　　鋁酸酯偶聯(lián)劑

　　鋁酸酯偶聯(lián)劑以前因易水解很少使用。近年來生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的鋁酸酯采取了部分滿足中心鋁原子配位數(shù)的特殊結構，使其產(chǎn)品質量得到很大的提高。鋁酸酯偶聯(lián)劑色淺，有較高的熱穩(wěn)定協(xié)調效應和潤滑增塑的作用，適用范圍廣。

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