專家報告-碳酸鈣粉體表面改性

2、改性方法和原理   

目前，碳酸鈣改性的主流方法有偶聯(lián)劑改性、硬脂酸鹽改性、磷酸酯類改性、原位聚合法改性、表面聚合物接枝改性等。但是由于成本與易操作性的原因，目前最常用的是偶聯(lián)劑改性和脂肪酸鹽改性。  

從碳酸鈣的改性機理看，大致可以分兩種，一種是化學作用，一種是物理作用。表面化學作用，如官能團的取代、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、浸潤等反應，當填料完全被潤濕時，碳酸鈣的高能表面會發(fā)生物理吸附，該能量高于塑料內(nèi)聚黏結(jié)強度。    

以提高碳酸鈣粉體分散性而言。目前，超細化是碳酸鈣發(fā)展和應用的趨勢，但粒徑越小，表面能越高，粒子吸附作用越強，團聚現(xiàn)象也就越嚴重，最終導致碳酸鈣無法應用。如果對超細碳酸鈣進行表面改性，則可使改性劑定向吸附在碳酸鈣表面，使其表面具有電荷特性，由于同種電荷的排斥性，碳酸鈣就不易團聚，從而在基體中實現(xiàn)良好的分散。    

以改善碳酸鈣與其他物質(zhì)的相容性而言。未經(jīng)表面改性處理的碳酸鈣具有親水性，極性較強，與有機聚合物相容和分散性較差，易造成復合材料出現(xiàn)界面缺陷，降低材料的機械強度。表面改性能讓碳酸鈣完成“親油疏水”的轉(zhuǎn)變，可增大碳酸鈣與有機體的界面的相容性及親和性，從而提高其與橡膠或塑料等復合材料的物理性能。    

（1）偶聯(lián)劑改性   

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，從而達到改性目的。偶聯(lián)劑改性是碳酸鈣改性的主流方法之一。其改性機理為：帶有親無機物基團的一段與納米碳酸鈣表面的官能團反應，形成化學鍵；帶有親有機物基團的另一端則與聚合物分子鏈發(fā)生反應。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。    

（2）表面活性劑改性   

表面活性劑改性主要分為，脂肪酸鹽改性、磷酸酯類改性、季銨鹽類改性等方法。  

硬脂酸：硬脂酸鹽屬于陰離子改性劑，硬脂酸分子中含有羥基基團，可以和納米碳酸鈣表面的鈣離子形成脂肪酸鈣沉淀，沉積在納米碳酸鈣表面。此時可以認為脂肪酸鈣沉淀在碳酸鈣表面形成了一層膜，對碳酸鈣分子有包覆作用，而另一端得到的改性碳酸鈣表面形成具有長鏈的烷基烴結(jié)構(gòu)增強相容性。