填充母料用改性碳酸鈣技術要點（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機化工產品，廣泛應用于塑料、橡膠、涂料、造紙等工業中。近年來，由于各種合成樹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、橡膠等工業中，人們越來越多地考慮到在高分子合成材料中加入資源豐富、價格低廉的無機填料。在盡可能多地向塑料、橡膠制品中添加無機填料(如碳酸鈣) 的同時，要使制品的各項物理機械性能得以保證。

     普通無機填料，如普通碳酸鈣難于滿足這些要求，需對其進行改性，以提高其綜合性能。隨著復合材料工業的迅速發展,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異的活性碳酸鈣，可在降低成本的同時,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、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和粒度分布) ,用結晶形態各異的微細或超微細碳酸鈣改善其在樹脂中的分散性，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工藝的碳化、粉化及脫水干燥技術進行改進，生產工藝復雜，大量生產時，干燥條件難以實現，產品成本較高。

     二是改善碳酸鈣的表面性能，使其由無機性向有機性轉變，從而增大碳酸鈣與有機樹脂的相容性，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(具有親無機基團及親有機基團結構，包括表面活性劑、長鏈有機酸、偶聯劑) 對碳酸鈣進行表面改性,其工藝、設備較為簡單，容易實施，近幾年來發展起來的偶聯劑用來處理不同粒徑的碳酸鈣，改性效果很好，已越來越多地被應用于塑料、橡膠等復合材料制品的生產中，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

     能對碳酸鈣進行表面改性的物質很多，但以往的研究大多集中在用有機酸對碳酸鈣進行表面改性，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程，在與樹脂的混合過程中，在碳酸鈣與樹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有改進。

     近年來，經深入研究表明,用偶聯劑對碳酸鈣進行改性時，偶聯劑分子的親無機端和親有機端分別能與碳酸鈣的表面和有機樹脂發生化學反應，同時與有機樹脂產生纏結作用,在交聯劑存在下，也能出現交聯現象。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脂的界面粘合力，所以用偶聯劑改性，不僅可以改善碳酸鈣填充制品加工性能，同時也可改善制品的物理機械性能。

     對碳酸鈣進行表面改性較為有效的是鈦酸酯偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑。但用鈦酸酯偶聯劑處理過的碳酸鈣在某些聚合物中使用時會由于氧化而變色，處理過的碳酸鈣在存放期間或在填充制品的加工過程中，鈦酸酯分子的親有機端易發生水解或醇解，同時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劑處理碳酸鈣較為理想。

     用鋁酸酯偶聯劑活化碳酸鈣的機理如下：鋁酸酯偶聯劑的分子系屬兩親結構，一端為親無機基團，一端為親有機基團。偶聯劑作用于碳酸鈣表面時，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,并發生水解，產生具有堿性的、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劑的親無機端發生化學結合，產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脂共混，偶聯劑分子的親有機端可與樹脂的分子發生纏結作用。由于偶聯劑的作用，使碳酸鈣具有活化機能，提高了與有機樹脂的親和力，達到對樹脂的改性及增強效果。