碳酸钙改性剂不会选？改性原理分不清？改性知识“读”一份
2022-03-25
3780核心提示：碳酸钙粉体要添加到高分子化合物中，需要对其进行表面改性，以改善碳酸钙与高分子材料之间的相容性。粉体的表面改性工艺包括干法改性方法和湿法改性方法。
谈及碳酸钙改性，很多从业者都有点迷糊。塑料要用哪种啊？为什么用这种啊？其实，梳理清楚改性的基础知识，加以理解后我们可以不用死记硬背。碳酸钙的改性机理大致可以分两种，一种是化学作用，一种是物理作用。表面化学作用，如官能团的取代、聚合、接枝和水解等。表面物理作用，例如其相界面发生的吸附、包覆、浸润等反应，当填料完全被润湿时，碳酸钙的高能表面会发生物理吸附，该能量高于塑料内聚黏结强度。 碳酸钙粉体要添加到高分子化合物中，需要对其进行表面改性，以改善碳酸钙与高分子材料之间的相容性。粉体的表面改性工艺包括干法改性方法和湿法改性方法。常用的表面改性剂有，硬脂酸、硬脂酸钠、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等。 干法表面改性是在一定温度条件下将改性剂喷洒到碳酸钙粉末上，并进行表面改性。其加工工艺相对简单，生产成本较低，但与湿法比较，活化度、吸收值和均匀等性能不佳，一般需要采用改性机进行表面改性。例如，贺州钟山县双文碳酸钙新材料有限公司将碳酸钙粉体放入改性机中，将改性剂(主要为磺基甜菜碱、氟碳磷酸酯、辛烷基磺酸钠)，保持温度在50~60℃，反应1.5-2h后降至室温，获得活性碳酸钙粉体。 湿法改性工艺是把碳酸钙分散在一定的溶剂(通常是水或者乙醇)，在一定温度下，添加表面改性剂，通过搅拌等方法进行表面改性。成都硅宝科技股份有限公司王天强等人在80℃的温度下，无水乙醇的溶剂中，将硅烷偶联改性剂(或硬质酸钠)与碳酸钙混合均匀，趁热过滤、洗涤、烘干，即得改性的超细重质碳酸钙粉体，通过红外光谱证实，表明改性剂成功接枝到了超细重质碳酸钙表面。 干湿混合方法表面改性，效果好，但工艺复杂。江苏常州碳酸钙有限公司颜干才等人在硬脂酸钠湿法改性碳酸钙完成后，再采用干法改性工艺，将硬脂酸包覆在碳酸钙中，形成干湿法混合包覆活性碳酸钙产品。其比表面在21.34~22.30m2/g之间，吸油值在23.0~28.6mL/100g之间。
2.1偶联剂
偶联剂能在两种极性相差较大的材料之间形成结合界面，从而达到改性目的。改性机理可以理解为，带有亲无机物基团的一段与碳酸钙表面的官能团反应，形成化学键；带有亲有机物基团的另一端则与聚合物分子链发生反应。常见的偶联剂有钛酸脂偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂等。 以钛酸酯偶联剂改性碳酸钙为例，钛酸酯偶联剂的作用机理是将一层有机分子膜覆盖在纳米碳酸钙的表面 , 从而达到改性的目的。钛酸酯偶联剂中的烷基部分在改性过程中易水解，与碳酸钙表面的羟基结合，使碳酸钙表面性质变为疏水；另一端可以与聚合物发生缠绕或者化学结合，从而改善了与高聚物的界面相溶性，也提高了复合材料的机械性能。 有机表面活性剂，主要分为阴、阳表面活性剂、脂肪酸及其盐类、树脂酸及其盐类、木质素等。以脂肪酸为例，将亲水的碳酸钙粉末的表面变为亲油性，阻止了碳酸钙粒子聚集成块，提高了粒子在油性基质中的分散性能。再如，磷酸酯处理后的碳酸钙，粒子表面的Ca2+被磷酸酯固定生成磷酸钙盐，沉积附着于粒子的表面，使亲水表面变为疏水表面。 用聚合物对碳酸钙表面改性的机理大致有两种。其一是单体经聚合反应形成极薄的聚合物膜层并吸附于碳酸钙表面；其二是将溶于某种溶剂的聚合物包覆于碳酸钙表面。通过物理、化学吸附在其表面形成保护层，防止碳酸钙颗粒团聚结块，改善其分散性能。
单烷氧基型(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)。
聚丙烯酸(盐)、聚丙烯酸(盐)及其共聚物、聚乙烯醇、聚马来酸等。
