活性碳酸鈣、改性碳酸鈣的特點及常用改性劑

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作為填料使用的碳酸鈣，若未經表面處理，與有機高聚物的親和性較差，容易造成在高聚物中分散不均勻，從而造成兩種材料的界面缺陷，因此需要改進碳酸鈣填料的應用性能。活性碳酸鈣（又稱改性碳酸鈣）是以普通碳酸鈣粉體（有重鈣和輕鈣之分）為基料，采用多功能表面活性劑和復合型高效加工助劑，對無機粉體表面進行改性活化處理而成。

    經改性處理后的碳酸鈣粉體，表面形成一種特殊的包層結構，能顯著改善在聚烯烴等高聚物基體中的分散性和親和性，并且能與高聚物基體間產生界面作用，從而提高制品的抗沖擊強度，是一種性能優良的增量型填充料。

    用表面活性劑處理碳酸鈣時，由于碳酸鈣是無機物，所以它和表面活性劑的親水基有很大的親和力，它們之間進行類似化學鍵這樣的化學結合，親油基就定向于碳酸鈣微粒的表面，形成一層單分子膜。這就是活性碳酸鈣生產的基本原理，這樣處理過的填料已由親水性變 為親油性，對樹脂一類的有機物有良好的親和力。 必須指出，可以用來對碳酸鈣進行表面處理的，除了表面活性劑以外，還有近年來發展起來的有機偶聯劑以及各種改性劑。凡是用這些物質處理的碳酸鈣都可以籠統 地稱為活性碳酸鈣。

    活性碳酸鈣對一般橡膠、塑料制品均具有一定補強性，改善無機填料與樹脂的相容性，從而改善制品的機械性能、加工性能，提高復合材料 的熱穩定性，實現高填充。 pvc管材、板材、電纜料等，可提高復合材料熱穩定性、表面光潔度、填料填充量，減少樹脂用量，降低成本。 pp、pe、橡膠等，特別適用pvc管材，可提高復合材料熱穩定性、表面光潔度、填料填充量，減少樹脂用量，降低成本。

    早期活性碳酸鈣生產多數以輕鈣為主要基料。由于輕鈣的生產工藝復雜，價格高，同時生產輕鈣對環境產生污染，近十年的趨勢是重鈣逐步取代輕鈣。國外經濟發達國家重鈣對輕鈣的使用比約為14－18：1，明顯高于我國。隨著相關行業的發展，在上述應用領域內，我國重鈣對輕鈣的用量比逐步達到8－12倍。

    常用改性劑及處理方法

    對于重鈣，常用的表面改性劑為硬以酯酸及其鹽、偶聯劑等。

    1、硬酯酸及其鹽

    常用的改性方法是將碳酸鈣進行干燥，除去水份，在改性設備中進行。干度控制在100－110℃，時間0。5－1。0h或更短即可。將干燥后的重鈣加入改性設備，邊攪拌邊加入硬酯酸或其鹽。硬酯酸的用量約為碳酸鈣質量的0。8－1。0％。反應溫度控制在100℃左右、時間15－30min，產品即可進行包裝。

    硬酯酸或硬酯酸鹽改性碳酸鈣具有相當好的補強作用，可取代炭黑和白炭黑填料。改性碳酸鈣填料可提高塑料制品的耐沖擊性能，在涂料工業中能部分取代鈦白粉。

    2、偶聯劑

    2。1 鈦酸酯偶聯劑：鈦酸酯偶聯劑根據分子結構和礦物表面偶聯劑的構型，分為單烷氧基型、螯合型、配位型三種。

    單烷氧型。除焦磷酸酯基外，因耐水性差，只能將偶聯劑用有機溶劑或惰性無水增塑劑稀釋，溶劑和偶聯劑質量比應大于1，經充分攪拌溶解后，滴加或噴灑到預先烘干的重鈣粉體表面拌勻，在90－100℃的改性設備中攪拌15min以上即可。也可將碳酸鈣放入含有偶聯劑溶劑中攪拌均勻，偶聯劑將重鈣包裹后，把多余的溶劑脫除。

    螯合型。耐水性能好，可在水相中包覆重鈣粉體，但大多不溶于水，可用水性溶劑、表面活性劑或高速攪拌等法，促使乳化分散在水中。含磷酸基、焦磷酸基及磺酸基的鈦酸酯可用胺類試劑使之季胺化后溶于水。如用KR－138S螯合型偶聯劑對碳酸鈣粉進行改性時，將1份KR－138S和0。5份三乙胺混合制成季胺鹽，并分散600份水中，加入200份碳酸鈣，充分攪勻，脫水，烘干即可。

    配位型。配位型偶聯劑和螯合型的用法相似，因為耐水性好并且大多數不溶于水，因此可先將其溶有機溶劑中再包覆碳酸鈣粉料。

    鈦酸酯偶聯劑的用量，約為碳酸鈣質量的0。5－3。0％。 鈦酸酯偶聯劑處理后的重鈣粉，與聚合物分子有很好的相容性。由于它能在碳酸分子和聚合物分子之間形成分子架橋，增加了有機聚合物或樹脂與碳酸鈣之間的相互作用，相應提高了熱塑性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。

    2。2　鋁酸酯偶聯劑：鋁酸酯偶聯劑的改性方法，與其他各種偶聯劑的改性方法類似。將重鈣粉料置于100－130℃的改性設備中，邊攪拌邊烘干，約十多分鐘，然后分三次加入計量的偶聯劑。每次間隔2－3min，加完后，再攪拌5min即可。鋁酸酯偶聯劑的用量，大約是面酸鈣質量的1％－2％。鋁酸酯偶聯劑對生鈣的改善效果，與鈦酸偶聯劑的相當，優于硬酯酸及其鹽。另外，鋁酸酯偶聯劑價格低廉，顏色淺，不影響產品的白度。

    通過實驗數據比對發現，偶聯劑的改性效果優于硬酯酸的改性效果，特別是鈦酸酯偶聯劑更為明顯。由于偶聯劑與碳酸鈣表面的羥基作用形成化學鍵，在碳酸鈣表面覆蓋一層偶聯劑單分子膜；并且鈦酸酯偶聯劑另一端與高分子聚合物相混溶，使碳酸鈣與ＰＶＣ結合得很好，制品具有很好的彈性和抗沖擊性能。

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