碳酸鈣是目前高聚物基復(fù)合材料中用量最大的無機填料，優(yōu)點是原料來源廣泛、價格便宜、無毒性。但由于碳酸鈣填料為無機粉體，與有機高分子的相容性差，直接添加到高分子材料中難以均勻分散，還會影響材料的加工性能和力學(xué)性能，因此，一般在填充高分子材料之前要對其進(jìn)行表面改性處理。
目前，表面改性已成為碳酸鈣（包括輕質(zhì)碳酸鈣、納米碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣）最重要和必須的深加工技術(shù)之一，其方法主要是化學(xué)包覆，輔之以機械力化學(xué)；使用的表面改性劑包括硬脂酸（鹽）、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑等。
1、硬脂酸（鹽）
硬脂酸（鹽）是碳酸鈣最常用的表面改性劑。其改性工藝可以采用干法，也可以采用濕法。一般濕法工藝要使用硬脂酸鹽，如硬脂酸鈉。
?。?）干法工藝
硬脂酸干法處理碳酸鈣的工藝流程：先將碳酸鈣進(jìn)行干燥，除去水份（如果碳酸鈣的水份含量小于1%可以不進(jìn)行干燥），然后加入計量配置好的硬脂酸在表面改性機中完成碳酸鈣粉體的表面改性。采用連續(xù)式粉體表面設(shè)備時，物料和表面改性劑是連續(xù)同步給入的，硬脂酸可以直接以固體粉狀添加，用量依粉體的粒度大小或比表面積而定，一般為碳酸鈣質(zhì)量的0.8%-1.2%；在高速混合機、臥式槳葉混合機及其他可控溫混合機中進(jìn)行表面包覆改性時，一般為間歇操作，首先將計量和配制好的物料和硬脂酸一并加入改性機中，攪拌混合15-60min即可出料包裝，硬脂酸的用量為碳酸鈣質(zhì)量的0.8%-1.5%左右，反應(yīng)溫度控制在100℃左右。
為了使硬脂酸更好地分散和均勻地與碳酸鈣粒子作用，也可以預(yù)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。
?。?）濕法工藝
濕法改性是在水溶液中對碳酸鈣進(jìn)行表面改性處理。一般工藝過程是先將硬脂酸皂化，然后加人碳酸鈣漿料中，經(jīng)過一定時間的反應(yīng)后，進(jìn)行過濾和干燥。
碳酸鈣在液相中的分散比在氣相中的分散較為容易。另外，通過加入分散劑，使其分散效果更好，因此，在液相中碳酸鈣顆粒與表面改性劑分子的作用更均勻。當(dāng)碳酸鈣顆粒吸附了硬脂酸鹽后，表面能降低，即使經(jīng)壓濾、干燥后形成二次粒子，其團(tuán)聚結(jié)合力減弱，不會形成硬團(tuán)聚，用較小的剪切力即可將其重新分散。雖然常溫下也可進(jìn)行濕法表面改性，但反應(yīng)時間長，因此，一般都要加溫進(jìn)行表面改性，改性溫度一般為50-100℃左右。
濕法表面改性一般用于輕質(zhì)碳酸鈣及濕法研磨的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的表面改性。
除了硬脂酸（鹽）外，其他脂肪酸（酯），如磷酸鹽和磺酸鹽等也可用于碳酸鈣的表面改性。用一種特殊結(jié)構(gòu)的多聚磷酸酯（ADDP）對碳酸鈣進(jìn)行表面改性后，碳酸鈣粒子表面疏水親油，在油中的平均團(tuán)聚粒徑減小，將改性的碳酸鈣填充于PVC塑料體系可顯著改善塑料的加工性能和力學(xué)性能。
用脂肪酸（鹽）改性處理后的活性碳酸鈣主要應(yīng)用于填充聚氯乙烯塑料、電纜材料、膠粘劑、油墨、涂料等。
2、偶聯(lián)劑
用于碳酸鈣表面改性的偶聯(lián)劑主要是鈦酸酯和鋁酸酯偶聯(lián)劑，或者是復(fù)合偶聯(lián)劑。經(jīng)偶聯(lián)劑處理后的碳酸鈣（包括輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣），除了用作硬質(zhì)的聚氯乙烯的功能填料外，還廣泛用做膠粘劑、油墨、涂料等的填料和顏料。
（1）鈦酸酯偶聯(lián)劑
為了提高鈦酸酯偶聯(lián)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(jìn)行溶解和稀釋。鈦酸酯偶聯(lián)劑用量依碳酸鈣的粒度和比表面積而定，一般為0.5%-3.0%。碳酸鈣的改性溫度盡可能在偶聯(lián)劑閃點以下，一般為100-120℃。鈦酸酯偶聯(lián)劑和惰性溶劑混合后以噴霧或滴加形式加入高速混合機中，這樣可以更好地與碳酸鈣顆粒分散混合，進(jìn)行表面化學(xué)包覆。如采用連續(xù)式的表面改性設(shè)備，也可以不用溶劑預(yù)先對鈦酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行稀釋。
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(fù)合材料的力學(xué)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)劑已廣泛應(yīng)用于碳酸鈣的表面處理和填充塑料制品，如PVC、PP、PE及填充母粒等制品的加工中。
研究表明，經(jīng)鋁酸酯處理后的輕質(zhì)碳酸鈣在可使碳酸鈣/液體石蠟混合體系的黏度顯著下降，說明改性后的碳酸鈣在有機介質(zhì)中的分散性良好。
此外，表面改性活化后的碳酸鈣可顯著提高CaCO3/PP（聚丙烯）共混體系的力學(xué)性能，如沖擊強度、韌性等。
對于同一種碳酸鈣填料，使用不同的偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性處理，填充后的效果也會有所差別。
3、聚合物
采用聚合物對碳酸鈣進(jìn)行表面改性，可以改進(jìn)碳酸鈣在有機或無機相（體系）中的穩(wěn)定性。這些聚合物包括低聚物、高聚物和水溶性高分子，如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚馬來酸、聚丙烯酸、烷氧基苯乙烯一苯乙烯磺酸的共聚物、聚丙烯、聚乙烯等。
聚合物表面包覆改性碳酸鈣的工藝可分為兩種，一是先將聚合物單體吸附在碳酸鈣表面，然后引發(fā)其聚合，從而在其表面形成聚合物包覆層；二是將聚合物溶解在適當(dāng)溶劑中，然后對碳酸鈣進(jìn)行表面改性，當(dāng)聚合物逐漸吸附在碳酸鈣顆粒表面上時排除溶劑形成包膜。這些聚合物定向吸附在碳酸鈣顆粒表面，形成物理、化學(xué)吸附層，可阻止碳酸鈣粒子團(tuán)聚，改善分散性，使碳酸鈣在應(yīng)用中具有較好的分散穩(wěn)定性。
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