中國粉體網(wǎng)訊  近年來，重質(zhì)碳酸鈣作為功能性填料，憑借優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)在聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）等高聚物基復(fù)合材料中應(yīng)用廣泛，極大地改善了材料的性能。

重質(zhì)碳酸鈣在機械粉碎過程中產(chǎn)生的Ca²⁺和CO₃^2-不飽和質(zhì)點容易和吸附的水分子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生羥基，使得重質(zhì)碳酸鈣具有親水性，但是有機聚合物親油疏水，兩者表面性質(zhì)相反導(dǎo)致重質(zhì)碳酸鈣在有機聚合物基體中的相容性差、分散不均勻、界面結(jié)合力弱，致使高聚物基復(fù)合材料在使用過程中容易產(chǎn)生界面缺陷，使用性能下降，因此必須對重質(zhì)碳酸鈣進行表面有機改性。

常用表面改性劑

目前，常用的表面改性劑主要可以分為偶聯(lián)劑類、表面活性劑類、復(fù)合改性劑類、超分散劑類以及無機物類等。

偶聯(lián)劑類表面改性劑

鋁酸酯偶聯(lián)劑改性重質(zhì)碳酸鈣的改性機理是鋁酸酯結(jié)構(gòu)中的一端的烷氧基與CaCO₃表面親水性羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

鈦酸酯偶聯(lián)劑改性碳酸鈣的改性機理是鈦酸酯偶聯(lián)劑與CaCO₃形成Ti-O化學(xué)鍵，在CaCO₃表面形成新的分子膜，呈疏水性，同時增強了CaCO₃的流動性。

硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用廣泛，但常規(guī)硅烷偶聯(lián)劑的羥基數(shù)少，難以與重質(zhì)CaCO₃發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而能夠成功改性重質(zhì)CaCO₃的硅烷偶聯(lián)劑價格偏高，難以在工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)。

表面活性劑類改性劑

脂肪酸類表面活性劑是一種陰離子表面活性劑，其分子鏈一端的結(jié)構(gòu)是與高分子結(jié)構(gòu)類似的長鏈烷基結(jié)構(gòu)，故可以很好的與高分子基體相容，而分子鏈另一端的結(jié)構(gòu)是可以與CaCO₃表面發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)的極性基團。

磷酸酯類表面活性劑的改性機理是磷酸酯與CaCO₃發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成了磷酸鹽包覆層，從而使得CaCO₃表面由親水性變?yōu)槭杷�性�?/p>

季銨鹽類表面活性劑是一種陽離子表面活性劑，其分子鏈的一端可與聚合物產(chǎn)生交聯(lián)作用，而另一端可通過正電荷與CaCO₃表面發(fā)生吸附作用。

復(fù)合偶聯(lián)處理改性劑

復(fù)合偶聯(lián)處理改性劑主要是以偶聯(lián)劑為基礎(chǔ)，搭配表面活性劑或者交聯(lián)劑等對CaCO3進行復(fù)配改性，利用其協(xié)同作用達到更好的改性效果，以增加CaCO3的表面活性。

超分散劑類改性劑

超分散劑是兩親性結(jié)構(gòu)，其一端是能與固體顆粒表面發(fā)生吸附作用的錨固基團，另一端是容易分散在極性基體中的溶劑化鏈，不同的溶劑化鏈適合分散在不同的極性基體中。

無機物類改性劑

無機物類改性劑常常是用于降低重質(zhì)CaCO₃的PH值，增加其耐酸性，同時增強CaCO₃在水中的分散性，主要有縮合磷酸、二氧化硅等。

開發(fā)新型改性劑改性重質(zhì)碳酸鈣

重質(zhì)碳酸鈣表面有機改性技術(shù)的研究成果頗豐，但目前仍存在高效且成本低的表面改性劑種類少、復(fù)合改性劑開發(fā)不足的問題，如脂肪酸改性重質(zhì)碳酸鈣所需包覆量較高，改性劑分子層穩(wěn)定性較差，鈦酸酯和鋁酸酯偶聯(lián)劑及有機磷酸酯價格貴、成本高等。因此亟需研發(fā)應(yīng)用新型改性劑實現(xiàn)對重質(zhì)碳酸鈣的高效表面有機改性。

梁朝等選用表面活性劑類新型改性劑JST-9001（聚氧乙烯醚型復(fù)合改性劑）、JST-9002（磷酸酯型復(fù)合改性劑）、JST-9003（聚氧乙烯醚型復(fù)合改性劑）、JST-9004（磷酸酯型復(fù)合改性劑）以及常用表面改性劑硬脂酸、鋁酸酯F-2、氨基硅油585C和羥基硅油對兩種重質(zhì)碳酸鈣進行干法表面有機改性。

結(jié)果表明：改性劑JST-9001、JST-9003、硬脂酸和鋁酸酯F-2的改性效果更好，尤其兩種新型改性劑JST-9001和JST-9003在低改性劑用量下（質(zhì)量分數(shù)為0.5%）可獲得更加優(yōu)異的表面改性效果；優(yōu)化用量下JST-9001和JST-9003改性劑分子中的親水基與重質(zhì)碳酸鈣表面的—OH發(fā)生鍵合作用，改性劑分子層包覆于重質(zhì)碳酸鈣顆粒表面。

2023年初，廣源化工張曉明等公布一種鋁酸酯偶聯(lián)劑及其制備方法和應(yīng)用。采用聚乙二醇和聚乙烯蠟作為配方體系的溶劑和有效組分，不易揮發(fā)和析出，在對非金屬粉體進行表面處理時，可提高非金屬粉體與制品的相容性，與鋁酸酯偶聯(lián)劑可協(xié)同作用，增加被處理的非金屬填料與樹脂的相容性，改善加工性能，提高了偶聯(lián)劑的處理效果，且生產(chǎn)時溶劑無需進行蒸餾排出，可作為偶聯(lián)劑的有效成分使用，有效提高了偶聯(lián)劑的綜合性能，避免了傳統(tǒng)小分子溶劑蒸餾不充分殘留于產(chǎn)品內(nèi)而影響產(chǎn)品品質(zhì)。

2023年3月，廣西賀州市科隆粉體有限公司公開了一種用于碳酸鈣表面改性的復(fù)合改性劑，由聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇硬脂酸酯、硬脂酸鈣三元復(fù)配，能夠提高碳酸鈣與可降解塑料的相容性。

小結(jié)

表面改性對提高重質(zhì)碳酸鈣的應(yīng)用價值和性能有著至關(guān)重要的作用。在加工生產(chǎn)中，應(yīng)加強改性劑的研究，根據(jù)表面改性機理、基料的性質(zhì)、加工工藝的技術(shù)等要求，有針對性的選取表面改性劑、助改性劑和改性設(shè)備等。

參考資料：

顏倩.重質(zhì)碳酸鈣的表面改性及其共混改性PBAT的研究

梁朝等.新型有機改性劑對重質(zhì)碳酸鈣的表面改性效果及機理

王千等等.重質(zhì)碳酸鈣改性研究進展

國家知識產(chǎn)權(quán)局

（中粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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