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(jīng)表面處理，與有機(jī)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(jìn)碳酸鈣填料的應(yīng)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(fù)合型高效加工助劑，對無機(jī)粉體表面進(jìn)行改性活化處理而成。

    經(jīng)改性處理后的碳酸鈣粉體，表面形成一種特殊的包層結(jié)構(gòu)，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(chǎn)生界面作用，從而提高制品的抗沖擊強(qiáng)度，是一種性能優(yōu)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(jī)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(jìn)行類似化學(xué)鍵這樣的化學(xué)結(jié)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(chǎn)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(jī)物有良好的親和力。 必須指出，可以用來對碳酸鈣進(jìn)行表面處理的，除了表面活性劑以外，還有近年來發(fā)展起來的有機(jī)偶聯(lián)劑以及各種改性劑。凡是用這些物質(zhì)處理的碳酸鈣都可以籠統(tǒng) 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(bǔ)強(qiáng)性，改善無機(jī)填料與樹脂的相容性，從而改善制品的機(jī)械性能、加工性能，提高復(fù)合材料 的熱穩(wěn)定性，實現(xiàn)高填充。 pvc管材、板材、電纜料等，可提高復(fù)合材料熱穩(wěn)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(fù)合材料熱穩(wěn)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(chǎn)多數(shù)以輕鈣為主要基料。由于輕鈣的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價格高，同時生產(chǎn)輕鈣對環(huán)境產(chǎn)生污染，近十年的趨勢是重鈣逐步取代輕鈣。國外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)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(guān)行業(yè)的發(fā)展，在上述應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，我國重鈣對輕鈣的用量比逐步達(dá)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(lián)劑等。

    1、硬酯酸及其鹽

    常用的改性方法是將碳酸鈣進(jìn)行干燥，除去水份，在改性設(shè)備中進(jìn)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(shè)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(zhì)量的0。8－1。0％。反應(yīng)溫度控制在100℃左右、時間15－30min，產(chǎn)品即可進(jìn)行包裝。

    硬酯酸或硬酯酸鹽改性碳酸鈣具有相當(dāng)好的補(bǔ)強(qiáng)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(yè)中能部分取代鈦白粉。

    2、偶聯(lián)劑

    2。1 鈦酸酯偶聯(lián)劑：鈦酸酯偶聯(lián)劑根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和礦物表面偶聯(lián)劑的構(gòu)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(lián)劑用有機(jī)溶劑或惰性無水增塑劑稀釋，溶劑和偶聯(lián)劑質(zhì)量比應(yīng)大于1，經(jīng)充分?jǐn)嚢枞芙夂螅�滴加或噴灑到預(yù)先烘干的重鈣粉體表面拌勻，在90－100℃的改性設(shè)備中攪拌15min以上即可。也可將碳酸鈣放入含有偶聯(lián)劑溶劑中攪拌均勻，偶聯(lián)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(lián)劑對碳酸鈣粉進(jìn)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?jǐn)噭颍�脫水，烘干即可�?br />
    配位型。配位型偶聯(lián)劑和螯合型的用法相似，因為耐水性好并且大多數(shù)不溶于水，因此可先將其溶有機(jī)溶劑中再包覆碳酸鈣粉料。

    鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量，約為碳酸鈣質(zhì)量的0。5－3。0％。 鈦酸酯偶聯(lián)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(jī)聚合物或樹脂與碳酸鈣之間的相互作用，相應(yīng)提高了熱塑性復(fù)合材料的力學(xué)性能，如沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及伸長率等。

    2。2　鋁酸酯偶聯(lián)劑：鋁酸酯偶聯(lián)劑的改性方法，與其他各種偶聯(lián)劑的改性方法類似。將重鈣粉料置于100－130℃的改性設(shè)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(lián)劑。每次間隔2－3min，加完后，再攪拌5min即可。鋁酸酯偶聯(lián)劑的用量，大約是面酸鈣質(zhì)量的1％－2％。鋁酸酯偶聯(lián)劑對生鈣的改善效果，與鈦酸偶聯(lián)劑的相當(dāng)，優(yōu)于硬酯酸及其鹽。另外，鋁酸酯偶聯(lián)劑價格低廉，顏色淺，不影響產(chǎn)品的白度。

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

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