中國粉體網訊 近年來，重質碳酸鈣作為功能性填料，憑借優異的物理化學性質在聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）等高聚物基復合材料中應用廣泛，極大地改善了材料的性能。
重質碳酸鈣在機械粉碎過程中產生的Ca2+和CO32-不飽和質點容易和吸附的水分子發生反應產生羥基，使得重質碳酸鈣具有親水性，但是有機聚合物親油疏水，兩者表面性質相反導致重質碳酸鈣在有機聚合物基體中的相容性差、分散不均勻、界面結合力弱，致使高聚物基復合材料在使用過程中容易產生界面缺陷，使用性能下降，因此必須對重質碳酸鈣進行表面有機改性。
常用表面改性劑
目前，常用的表面改性劑主要可以分為偶聯劑類、表面活性劑類、復合改性劑類、超分散劑類以及無機物類等。
偶聯劑類表面改性劑
鋁酸酯偶聯劑改性重質碳酸鈣的改性機理是鋁酸酯結構中的一端的烷氧基與CaCO3表面親水性羥基發生化學反應。
鈦酸酯偶聯劑改性碳酸鈣的改性機理是鈦酸酯偶聯劑與CaCO3形成Ti-O化學鍵，在CaCO3表面形成新的分子膜，呈疏水性，同時增強了CaCO3的流動性。
硅烷偶聯劑的應用廣泛，但常規硅烷偶聯劑的羥基數少，難以與重質CaCO3發生化學反應，而能夠成功改性重質CaCO3的硅烷偶聯劑價格偏高，難以在工業上大規模生產。
表面活性劑類改性劑
脂肪酸類表面活性劑是一種陰離子表面活性劑，其分子鏈一端的結構是與高分子結構類似的長鏈烷基結構，故可以很好的與高分子基體相容，而分子鏈另一端的結構是可以與CaCO3表面發生物理和化學反應的極性基團。
磷酸酯類表面活性劑的改性機理是磷酸酯與CaCO3發生化學反應，生成了磷酸鹽包覆層，從而使得CaCO3表面由親水性變為疏水性。
季銨鹽類表面活性劑是一種陽離子表面活性劑，其分子鏈的一端可與聚合物產生交聯作用，而另一端可通過正電荷與CaCO3表面發生吸附作用。
復合偶聯處理改性劑
復合偶聯處理改性劑主要是以偶聯劑為基礎，搭配表面活性劑或者交聯劑等對CaCO3進行復配改性，利用其協同作用達到更好的改性效果，以增加CaCO3的表面活性。
超分散劑類改性劑
超分散劑是兩親性結構，其一端是能與固體顆粒表面發生吸附作用的錨固基團，另一端是容易分散在極性基體中的溶劑化鏈，不同的溶劑化鏈適合分散在不同的極性基體中。
無機物類改性劑
無機物類改性劑常常是用于降低重質CaCO3的PH值，增加其耐酸性，同時增強CaCO3在水中的分散性，主要有縮合磷酸、二氧化硅等。
開發新型改性劑改性重質碳酸鈣
重質碳酸鈣表面有機改性技術的研究成果頗豐，但目前仍存在高效且成本低的表面改性劑種類少、復合改性劑開發不足的問題，如脂肪酸改性重質碳酸鈣所需包覆量較高，改性劑分子層穩定性較差，鈦酸酯和鋁酸酯偶聯劑及有機磷酸酯價格貴、成本高等。因此亟需研發應用新型改性劑實現對重質碳酸鈣的高效表面有機改性。
梁朝等選用表面活性劑類新型改性劑JST-9001（聚氧乙烯醚型復合改性劑）、JST-9002（磷酸酯型復合改性劑）、JST-9003（聚氧乙烯醚型復合改性劑）、JST-9004（磷酸酯型復合改性劑）以及常用表面改性劑硬脂酸、鋁酸酯F-2、氨基硅油585C和羥基硅油對兩種重質碳酸鈣進行干法表面有機改性。
結果表明：改性劑JST-9001、JST-9003、硬脂酸和鋁酸酯F-2的改性效果更好，尤其兩種新型改性劑JST-9001和JST-9003在低改性劑用量下（質量分數為0.5%）可獲得更加優異的表面改性效果；優化用量下JST-9001和JST-9003改性劑分子中的親水基與重質碳酸鈣表面的—OH發生鍵合作用，改性劑分子層包覆于重質碳酸鈣顆粒表面。
2023年初，廣源化工張曉明等公布一種鋁酸酯偶聯劑及其制備方法和應用。采用聚乙二醇和聚乙烯蠟作為配方體系的溶劑和有效組分，不易揮發和析出，在對非金屬粉體進行表面處理時，可提高非金屬粉體與制品的相容性，與鋁酸酯偶聯劑可協同作用，增加被處理的非金屬填料與樹脂的相容性，改善加工性能，提高了偶聯劑的處理效果，且生產時溶劑無需進行蒸餾排出，可作為偶聯劑的有效成分使用，有效提高了偶聯劑的綜合性能，避免了傳統小分子溶劑蒸餾不充分殘留于產品內而影響產品品質。
2023年3月，廣西賀州市科隆粉體有限公司公開了一種用于碳酸鈣表面改性的復合改性劑，由聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇硬脂酸酯、硬脂酸鈣三元復配，能夠提高碳酸鈣與可降解塑料的相容性。
小結
表面改性對提高重質碳酸鈣的應用價值和性能有著至關重要的作用。在加工生產中，應加強改性劑的研究，根據表面改性機理、基料的性質、加工工藝的技術等要求，有針對性的選取表面改性劑、助改性劑和改性設備等。
參考資料：
顏倩.重質碳酸鈣的表面改性及其共混改性PBAT的研究
梁朝等.新型有機改性劑對重質碳酸鈣的表面改性效果及機理
王千等等.重質碳酸鈣改性研究進展
國家知識產權局
（中粉體網編輯整理/黑金）
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