碳酸鈣是一種重要的、用途廣泛的化工原料，作為補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑被廣泛應(yīng)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(xué)加工方法制得；重質(zhì)碳酸鈣又稱研磨碳酸鈣，是用機(jī)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(huì)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(xì)和超微細(xì)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(guò)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(xué)改性

表面化學(xué)改性是指通過(guò)一定的方法，利用改性劑分子中的官能團(tuán)和重質(zhì)碳酸鈣粉體表面的活性點(diǎn)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附，使改性劑包覆在重質(zhì)碳酸鈣顆粒的表面，增強(qiáng)重質(zhì)碳酸鈣與填充有機(jī)基體的相容性和分散性，從而改善復(fù)合材料的加工性能和物理力學(xué)性能。

 

3機(jī)械力化學(xué)改性

機(jī)械力化學(xué)改性是利用粉碎、摩擦等機(jī)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(shí)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(kāi)進(jìn)行，若在重質(zhì)碳酸鈣粉碎的過(guò)程中同時(shí)加入改性劑對(duì)其表面進(jìn)行改性，不僅能利用粉碎的物理機(jī)械力來(lái)增強(qiáng)表面改性效果，還可防止重質(zhì)碳酸鈣顆粒過(guò)細(xì)而導(dǎo)致的團(tuán)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(wú)機(jī)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(jiǎn)單，通過(guò)控制反應(yīng)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(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性后，碳酸鈣粒子表面疏水親油，在油中的平均團(tuán)聚粒徑減小。

用脂肪酸（鹽）改性處理后的活性碳酸鈣主要應(yīng)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(guò)反應(yīng)基團(tuán)與碳酸鈣表面羥基進(jìn)行化學(xué)鍵合，其分子的極性基團(tuán)，可以和碳酸鈣顆粒表面的官能團(tuán)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。而另一端可與有機(jī)高分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(lái)，并具有很好的相容性，且賦予復(fù)合材料較好的物理、機(jī)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(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性，可以改進(jìn)碳酸鈣在有機(jī)或無(wú)機(jī)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(lái)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(yīng)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(duì)重質(zhì)碳酸鈣（1250目）粉末進(jìn)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(xué)反應(yīng)改性

局部化學(xué)反應(yīng)改性是先加入處理劑（偶聯(lián)劑、有機(jī)物、無(wú)機(jī)物等），然后納米碳酸鈣表面官能團(tuán)與它發(fā)生化學(xué)反應(yīng)達(dá)到改性目的的一種方法。目前納米碳酸鈣表面改性應(yīng)用最廣泛的就是這種方法。

局部化學(xué)反應(yīng)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(jìn)行表面改性。適合于用偶聯(lián)劑進(jìn)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(guò)范德華力或物理方法連接起來(lái)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(shí)，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(guò)將一定比例的樹(shù)脂母粒、碳酸鈣及表面活性劑混合，制得母料填料的同時(shí)對(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性。根據(jù)所用基體樹(shù)脂的不同，常見(jiàn)的母料填料主要有聚乙烯蠟碳酸鈣母粒、無(wú)規(guī)則聚丙烯碳酸鈣母粒（APP母料）和樹(shù)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(jìn)行改性的一種方法。等離子體對(duì)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(jìn)而與等離子體或氣相原始單體發(fā)生聚合反應(yīng)，在碳酸鈣表面形成聚合物薄膜，達(dá)到改性。

 

結(jié)語(yǔ)

總之，表面改性是提升碳酸鈣應(yīng)用性能、提高適用性、拓展市場(chǎng)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(yīng)該范圍更廣，更受歡迎。

未來(lái)，功能化、專用化將成為碳酸鈣發(fā)展的主要趨勢(shì)，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(jí)碳酸鈣、超微細(xì)碳酸鈣、醫(yī)用級(jí)和食品級(jí)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(chǎng)需求量會(huì)越來(lái)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！