碳酸鈣是一種重要的、用途廣泛的化工原料，作為補強劑和填充劑被廣泛應用于橡膠、造紙、油墨、涂料、塑料、食品、化妝品等行業(yè)中。根據(jù)碳酸鈣生產(chǎn)方法的不同，可以將其分為輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣與納米碳酸鈣。

輕質(zhì)碳酸鈣又稱沉淀碳酸鈣，是用化學加工方法制得；重質(zhì)碳酸鈣又稱研磨碳酸鈣，是用機械方法直接粉碎天然的石灰石、方解石、白堊等制備。

重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣的粒度和表面特征存在一定的差異，因而在使用效果上也會存在差別。

納米碳酸鈣是指粒度大小在1~100nm的碳酸鈣產(chǎn)品，包括超細和超微細碳酸鈣兩種產(chǎn)品。

 

改性方法總結(jié)

 

重質(zhì)碳酸鈣的改性方法

 

1物理涂覆改性

物理涂覆改性是將改性劑與重質(zhì)碳酸鈣以一定的比例混合，在分散力的作用下，改性劑通過范德華力或靜電引力等物理作用力吸附在重質(zhì)碳酸鈣表面，形成單層、雙層或多層包覆層。

 

2表面化學改性

表面化學改性是指通過一定的方法，利用改性劑分子中的官能團和重質(zhì)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(zhì)碳酸鈣顆粒的表面，增強重質(zhì)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。

 

3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(zhì)碳酸鈣粉體的晶格發(fā)生位移、晶型發(fā)生變化，與此同時體系溫度升高，內(nèi)能增大。

在重質(zhì)碳酸鈣的工業(yè)生產(chǎn)中，研磨粉碎和表面改性一般是分開進行，若在重質(zhì)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(zhì)碳酸鈣顆粒過細而導致的團聚現(xiàn)象發(fā)生。

 

4表面沉積改性

表面沉積改性是采用合適的方法將改性劑沉淀在重質(zhì)碳酸鈣的表面，是無機礦物顏料表面改性最常用的方法之一。

適合工業(yè)化生產(chǎn)，工藝流程簡單，通過控制反應條件，可以獲得合適的粒徑和純度。

 

輕質(zhì)碳酸鈣改性方法

 

1脂肪酸（鹽）改性

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。

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。研究表明，用一種特殊結(jié)構(gòu)的多聚磷酸酯（ADDP）對碳酸鈣進行表面改性后，碳酸鈣粒子表面疏水親油，在油中的平均團聚粒徑減小。

用脂肪酸（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。

 

2偶聯(lián)劑改性

偶聯(lián)劑是兩性結(jié)構(gòu)化合物，通過反應基團與碳酸鈣表面羥基進行化學鍵合，其分子的極性基團，可以和碳酸鈣顆粒表面的官能團反應，形成穩(wěn)定的化學鍵。而另一端可與有機高分子發(fā)生化學反應或物理纏繞，從而把兩種極性差異大的材料緊密結(jié)合起來，并具有很好的相容性，且賦予復合材料較好的物理、機械性能。

按其結(jié)構(gòu)可分為硅烷類、鈦酸酯類、鋁酸酯類、鈦鋁酸酯、鋯鋁酸鹽及配合物。

 

3聚合物改性

采用聚合物對碳酸鈣進行表面改性，可以改進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-苯乙烯磺酸的共聚物、聚丙烯、聚乙烯等。

 

4等離子和輻射改性

采用感應耦合輝光放電等離子系統(tǒng)，并用氬（Ar）和高純丙烯（C3H6）混合氣體作為等離子體處理氣體對重質(zhì)碳酸鈣（1250目）粉末進行低溫等離子體改性結(jié)果表明，經(jīng)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。

 

納米碳酸鈣改性方法

 

1局部化學反應改性

局部化學反應改性是先加入處理劑（偶聯(lián)劑、有機物、無機物等），然后納米碳酸鈣表面官能團與它發(fā)生化學反應達到改性目的的一種方法。目前納米碳酸鈣表面改性應用最廣泛的就是這種方法。

局部化學反應改性工藝主要有干法和濕法兩種。干法是在改性劑中依次加入納米碳酸鈣粉末和表面改性劑，進行表面改性。適合于用偶聯(lián)劑進行表面改性。

 

2表面包覆改性

納米碳酸鈣顆粒與包覆物兩者通過范德華力或物理方法連接起來的一種改性方法。將表面改性劑或超分散劑加入到納米碳酸鈣的制備溶液中，在生產(chǎn)納米碳酸鈣的同時，將表面改性劑包覆在碳酸鈣的表面，使最終產(chǎn)物以均勻顆粒的形式存在。

 

3母料填料改性

母料填料是一種新型填料，通過將一定比例的樹脂母粒、碳酸鈣及表面活性劑混合，制得母料填料的同時對碳酸鈣進行表面改性。根據(jù)所用基體樹脂的不同，常見的母料填料主要有聚乙烯蠟碳酸鈣母粒、無規(guī)則聚丙烯碳酸鈣母粒（APP母料）和樹脂碳酸鈣母粒填料等。

 

4高性能表面改性

利用等離子體或高能射線（如X射線、γ射線等）進行改性的一種方法。等離子體對CaCO3粉體的表面改性主要是利用等離子體聚合技術(shù)，首先使單體活化產(chǎn)生氣相自由基，然后吸附在固體表面成為表面自由基，進而與等離子體或氣相原始單體發(fā)生聚合反應，在碳酸鈣表面形成聚合物薄膜，達到改性。

 

結(jié)語

總之，表面改性是提升碳酸鈣應用性能、提高適用性、拓展市場和用量所必須的重要手段。表面改性后的碳酸鈣，由傳統(tǒng)的填充劑變成了多功能的改性劑，應該范圍更廣，更受歡迎。

未來，功能化、專用化將成為碳酸鈣發(fā)展的主要趨勢，并且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也將發(fā)生很大變化。高檔產(chǎn)品如納米級碳酸鈣、超微細碳酸鈣、醫(yī)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、涂料專用輕質(zhì)碳酸鈣，這些高附加值碳酸鈣產(chǎn)品市場需求量會越來越大，而產(chǎn)品質(zhì)量也必將是企業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵！