重質碳酸鈣表面改性方法及企業應用實例

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、提高適用性、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適的改性劑和改性方法。 　 重質碳酸鈣表面化學改性 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，從而改善復合材料的加工性能和物理力學性能。 碳酸鈣的表面改性方法主要是化學包覆，輔之以機械力化學；使用的表面改性劑包括硬脂酸（鹽）、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑以及無規聚丙烯、聚乙烯蠟等。 1.偶聯劑改性 偶聯劑是兩性結構化合物，可分為硅烷類偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑、鋁酸酯類偶聯劑等，其改性機理均是重質碳酸鈣表面的活性羥基與偶聯劑分子一端的短烷氧基鏈發生取代反應，形成Z-O-Ca化學鍵，而偶聯劑分子另一端的親非極性的長烷基鏈與樹脂等有機基體發生機械纏繞或者某種化學反應，從而把極性較大的重質碳酸鈣與非極性的有機高分子緊密結合在一起，即把兩親性的偶聯劑作為一個中間媒介，提高重質碳酸鈣在樹脂等有機基體中的相容性和分散性。 偶聯劑改性碳酸鈣原理 2.硅烷偶聯劑 硅烷偶聯劑是開發最早、應用最廣的一類偶聯劑，對于一般的硅烷偶聯劑，因羥基數過少，和重質碳酸鈣表面難發生甚至不發生偶聯反應，只有當樹脂與硅烷偶聯劑有相似的基團才能起到改性作用。 對重質碳酸鈣表面處理較為有效的硅烷偶聯劑是一種多組分的硅烷偶聯劑，但此類硅烷偶聯劑價格昂貴，使用復雜，給工業生產帶來一定的麻煩，因此對于重質碳酸鈣的改性很少使用硅烷偶聯劑。 3.鈦酸酯偶聯劑 鈦酸酯偶聯劑主要分為單烷氧基型、單烷氧基焦磷酸酯型、配位型和螯合型。其中單烷氧基型適合于不含游離水、只含化學鍵合水或物理鍵合水的干燥填充劑體系，而其他三類鈦酸酯偶聯劑對體系含水量無要求。利用鈦酸酯偶聯劑改性的重質碳酸鈣應用在橡膠行業中，可減少橡膠用量和防老劑用量，提高制品耐磨強度和抗老化性能。將單烷氧基鈦酸酯偶聯劑改性重質碳酸鈣填充于涂料中，可提高其在涂料中的分散性和加工流動性。 雖然鈦酸酯偶聯劑的改性效果優異，但本身易氧化而變色；分解溫度較低；鈦酸酯分子的親有機端易發生醇解或水解；不利于人體健康和生態環境等，這些弊端極大限制了其應用領域的進一步發展。