专家报告-碳酸钙粉体表面改性

2、改性方法和原理   

目前，碳酸钙改性的主流方法有偶联剂改性、硬脂酸盐改性、磷酸酯类改性、原位聚合法改性、表面聚合物接枝改性等。但是由于成本与易操作性的原因，目前最常用的是偶联剂改性和脂肪酸盐改性。  

从碳酸钙的改性机理看，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。    

以提高碳酸钙粉体分散性而言。目前，超细化是碳酸钙发展和应用的趋势，但粒径越小，表面能越高，粒子吸附作用越强，团聚现象也就越严重，最终导致碳酸钙无法应用。如果对超细碳酸钙进行表面改性，则可使改性剂定向吸附在碳酸钙表面，使其表面具有电荷特性，由于同种电荷的排斥性，碳酸钙就不易团聚，从而在基体中实现良好的分散。    

以改善碳酸钙与其他物质的相容性而言。未经表面改性处理的碳酸钙具有亲水性，极性较强，与有机聚合物相容和分散性较差，易造成复合材料出现界面缺陷，降低材料的机械强度。表面改性能让碳酸钙完成“亲油疏水”的转变，可增大碳酸钙与有机体的界面的相容性及亲和性，从而提高其与橡胶或塑料等复合材料的物理性能。    

（1）偶联剂改性   

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。偶联剂改性是碳酸钙改性的主流方法之一。其改性机理为：带有亲无机物基团的一段与纳米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。    

（2）表面活性剂改性   

表面活性剂改性主要分为，脂肪酸盐改性、磷酸酯类改性、季铵盐类改性等方法。  

硬脂酸：硬脂酸盐属于阴离子改性剂，硬脂酸分子中含有羟基基团，可以和纳米碳酸钙表面的钙离子形成脂肪酸钙沉淀，沉积在纳米碳酸钙表面。此时可以认为脂肪酸钙沉淀在碳酸钙表面形成了一层膜，对碳酸钙分子有包覆作用，而另一端得到的改性碳酸钙表面形成具有长链的烷基烃结构增强相容性。