填充母料用改性碳酸鈣技術(shù)要點(diǎn)（一）

填充母料用碳酸鈣為什么要改性

      碳酸鈣是一種極其重要的無(wú)機化工產(chǎn)品，廣泛應用于塑料、橡膠、涂料、造紙等工業(yè)中。近年來(lái)，由于各種合成樹(shù)脂及化工原料的用量不斷擴大，能源耗量日趨增多,因此在塑料、橡膠等工業(yè)中，人們越來(lái)越多地考慮到在高分子合成材料中加入資源豐富、價(jià)格低廉的無(wú)機填料。在盡可能多地向塑料、橡膠制品中添加無(wú)機填料(如碳酸鈣) 的同時(shí)，要使制品的各項物理機械性能得以保證。

     普通無(wú)機填料，如普通碳酸鈣難于滿(mǎn)足這些要求，需對其進(jìn)行改性，以提高其綜合性能。隨著(zhù)復合材料工業(yè)的迅速發(fā)展,碳酸鈣已不僅僅是一種填充劑，也是一種重要的改性劑。

     在塑料制品中填充性能優(yōu)異的活性碳酸鈣，可在降低成本的同時(shí),還能改善制品的硬度、彈性模量、尺寸穩定性和熱穩定性?；钚蕴妓徕}是在普通碳酸鈣的基礎上進(jìn)行改性而得到的，從而達到在復合材料制品中的填充和改性的雙重目的。這些改性包括對碳酸鈣的結晶形態(tài)、粒子大小、粒度分布及表面性能等方面的改性。

碳酸鈣改性主要有兩個(gè)途徑

     一是改變粒度，使碳酸鈣顆粒微細化或超微細化(包括改變碳酸鈣的結晶形態(tài)和粒度分布) ,用結晶形態(tài)各異的微細或超微細碳酸鈣改善其在樹(shù)脂中的分散性，并以微小的顆粒和大的比表面積,獲得在塑料、橡膠等制品中的補強作用。

     這種改性方法需要對傳統的碳酸鈣生產(chǎn)工藝的碳化、粉化及脫水干燥技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，生產(chǎn)工藝復雜，大量生產(chǎn)時(shí)，干燥條件難以實(shí)現，產(chǎn)品成本較高。

     二是改善碳酸鈣的表面性能，使其由無(wú)機性向有機性轉變，從而增大碳酸鈣與有機樹(shù)脂的相容性，改善制品的加工性能和物理機械性能。

     這種方法主要是采用兩親結構分子(具有親無(wú)機基團及親有機基團結構，包括表面活性劑、長(cháng)鏈有機酸、偶聯(lián)劑) 對碳酸鈣進(jìn)行表面改性,其工藝、設備較為簡(jiǎn)單，容易實(shí)施，近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的偶聯(lián)劑用來(lái)處理不同粒徑的碳酸鈣，改性效果很好，已越來(lái)越多地被應用于塑料、橡膠等復合材料制品的生產(chǎn)中，此乃是擴大碳酸鈣填充劑新品種的有效辦法。

碳酸鈣活化機理

     能對碳酸鈣進(jìn)行表面改性的物質(zhì)很多，但以往的研究大多集中在用有機酸對碳酸鈣進(jìn)行表面改性，并制成相應的活性碳酸鈣商品。由于有機酸在碳酸鈣表面上的作用主要是物理吸附過(guò)程，在與樹(shù)脂的混合過(guò)程中，在碳酸鈣與樹(shù)脂界面間提供潤滑作用，所以用有機酸改性，可以改變物料的流變性能和加工性能,對制品的物理性能幾乎沒(méi)有改進(jìn)。

     近年來(lái)，經(jīng)深入研究表明,用偶聯(lián)劑對碳酸鈣進(jìn)行改性時(shí)，偶聯(lián)劑分子的親無(wú)機端和親有機端分別能與碳酸鈣的表面和有機樹(shù)脂發(fā)生化學(xué)反應，同時(shí)與有機樹(shù)脂產(chǎn)生纏結作用,在交聯(lián)劑存在下，也能出現交聯(lián)現象。這一作用不僅改變了碳酸鈣的表面極性，也增大了碳酸鈣與有機樹(shù)脂的界面粘合力，所以用偶聯(lián)劑改性，不僅可以改善碳酸鈣填充制品加工性能，同時(shí)也可改善制品的物理機械性能。

     對碳酸鈣進(jìn)行表面改性較為有效的是鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑。但用鈦酸酯偶聯(lián)劑處理過(guò)的碳酸鈣在某些聚合物中使用時(shí)會(huì )由于氧化而變色，處理過(guò)的碳酸鈣在存放期間或在填充制品的加工過(guò)程中，鈦酸酯分子的親有機端易發(fā)生水解或醇解，同時(shí)鈦酸酯的熱分解溫度也較鋁酸酯偏低，因此選用鋁酸酯偶聯(lián)劑處理碳酸鈣較為理想。

     用鋁酸酯偶聯(lián)劑活化碳酸鈣的機理如下：鋁酸酯偶聯(lián)劑的分子系屬兩親結構，一端為親無(wú)機基團，一端為親有機基團。偶聯(lián)劑作用于碳酸鈣表面時(shí)，由于碳酸鈣顆粒表面的鈣離子及碳酸根離子與大氣中水分子接觸,并發(fā)生水解，產(chǎn)生具有堿性的、疏油的羥基表面。

CaCO₃+ H₂O = Ca (OH) ₂ + CO₂ ↑

     碳酸鈣的表面羥基可與鋁酸酯偶聯(lián)劑的親無(wú)機端發(fā)生化學(xué)結合，產(chǎn)生表面改性的碳酸鈣粒子。這些表面改性的碳酸鈣粒子與樹(shù)脂共混，偶聯(lián)劑分子的親有機端可與樹(shù)脂的分子發(fā)生纏結作用。由于偶聯(lián)劑的作用，使碳酸鈣具有活化機能，提高了與有機樹(shù)脂的親和力，達到對樹(shù)脂的改性及增強效果。