碳酸鈣改性劑不會(huì)選？改性原理分不清？改性知識(shí)“讀”一份
2022-03-25
3740核心提示：碳酸鈣粉體要添加到高分子化合物中，需要對(duì)其進(jìn)行表面改性，以改善碳酸鈣與高分子材料之間的相容性。粉體的表面改性工藝包括干法改性方法和濕法改性方法。
談及碳酸鈣改性，很多從業(yè)者都有點(diǎn)迷糊。塑料要用哪種??？為什么用這種??？其實(shí)，梳理清楚改性的基礎(chǔ)知識(shí)，加以理解后我們可以不用死記硬背。碳酸鈣的改性機(jī)理大致可以分兩種，一種是化學(xué)作用，一種是物理作用。表面化學(xué)作用，如官能團(tuán)的取代、聚合、接枝和水解等。表面物理作用，例如其相界面發(fā)生的吸附、包覆、浸潤(rùn)等反應(yīng)，當(dāng)填料完全被潤(rùn)濕時(shí)，碳酸鈣的高能表面會(huì)發(fā)生物理吸附，該能量高于塑料內(nèi)聚黏結(jié)強(qiáng)度。 碳酸鈣粉體要添加到高分子化合物中，需要對(duì)其進(jìn)行表面改性，以改善碳酸鈣與高分子材料之間的相容性。粉體的表面改性工藝包括干法改性方法和濕法改性方法。常用的表面改性劑有，硬脂酸、硬脂酸鈉、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑等。 干法表面改性是在一定溫度條件下將改性劑噴灑到碳酸鈣粉末上，并進(jìn)行表面改性。其加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低，但與濕法比較，活化度、吸收值和均勻等性能不佳，一般需要采用改性機(jī)進(jìn)行表面改性。例如，賀州鐘山縣雙文碳酸鈣新材料有限公司將碳酸鈣粉體放入改性機(jī)中，將改性劑(主要為磺基甜菜堿、氟碳磷酸酯、辛烷基磺酸鈉)，保持溫度在50~60℃，反應(yīng)1.5-2h后降至室溫，獲得活性碳酸鈣粉體。 濕法改性工藝是把碳酸鈣分散在一定的溶劑(通常是水或者乙醇)，在一定溫度下，添加表面改性劑，通過(guò)攪拌等方法進(jìn)行表面改性。成都硅寶科技股份有限公司王天強(qiáng)等人在80℃的溫度下，無(wú)水乙醇的溶劑中，將硅烷偶聯(lián)改性劑(或硬質(zhì)酸鈉)與碳酸鈣混合均勻，趁熱過(guò)濾、洗滌、烘干，即得改性的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣粉體，通過(guò)紅外光譜證實(shí)，表明改性劑成功接枝到了超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣表面。 干濕混合方法表面改性，效果好，但工藝復(fù)雜。江蘇常州碳酸鈣有限公司顏干才等人在硬脂酸鈉濕法改性碳酸鈣完成后，再采用干法改性工藝，將硬脂酸包覆在碳酸鈣中，形成干濕法混合包覆活性碳酸鈣產(chǎn)品。其比表面在21.34~22.30m2/g之間，吸油值在23.0~28.6mL/100g之間。
2.1偶聯(lián)劑
偶聯(lián)劑能在兩種極性相差較大的材料之間形成結(jié)合界面，從而達(dá)到改性目的。改性機(jī)理可以理解為，帶有親無(wú)機(jī)物基團(tuán)的一段與碳酸鈣表面的官能團(tuán)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵；帶有親有機(jī)物基團(tuán)的另一端則與聚合物分子鏈發(fā)生反應(yīng)。常見的偶聯(lián)劑有鈦酸脂偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑等。 以鈦酸酯偶聯(lián)劑改性碳酸鈣為例，鈦酸酯偶聯(lián)劑的作用機(jī)理是將一層有機(jī)分子膜覆蓋在納米碳酸鈣的表面 , 從而達(dá)到改性的目的。鈦酸酯偶聯(lián)劑中的烷基部分在改性過(guò)程中易水解，與碳酸鈣表面的羥基結(jié)合，使碳酸鈣表面性質(zhì)變?yōu)槭杷?；另一端可以與聚合物發(fā)生纏繞或者化學(xué)結(jié)合，從而改善了與高聚物的界面相溶性，也提高了復(fù)合材料的機(jī)械性能。 有機(jī)表面活性劑，主要分為陰、陽(yáng)表面活性劑、脂肪酸及其鹽類、樹脂酸及其鹽類、木質(zhì)素等。以脂肪酸為例，將親水的碳酸鈣粉末的表面變?yōu)橛H油性，阻止了碳酸鈣粒子聚集成塊，提高了粒子在油性基質(zhì)中的分散性能。再如，磷酸酯處理后的碳酸鈣，粒子表面的Ca2+被磷酸酯固定生成磷酸鈣鹽，沉積附著于粒子的表面，使親水表面變?yōu)槭杷砻妗?/span> 用聚合物對(duì)碳酸鈣表面改性的機(jī)理大致有兩種。其一是單體經(jīng)聚合反應(yīng)形成極薄的聚合物膜層并吸附于碳酸鈣表面；其二是將溶于某種溶劑的聚合物包覆于碳酸鈣表面。通過(guò)物理、化學(xué)吸附在其表面形成保護(hù)層，防止碳酸鈣顆粒團(tuán)聚結(jié)塊，改善其分散性能。
單烷氧基型(NDZ-101、JN-9、YB-203等)；螯合型(YB-301、YB-401、JN-201等)；配位型(KR-41B、KR-46等)。
硬脂酸(鹽)、磺酸鹽及其脂、高級(jí)磷酸酯鹽。
聚丙烯酸(鹽)、聚丙烯酸(鹽)及其共聚物、聚乙烯醇、聚馬來(lái)酸等。
