（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/文龍）碳酸鈣晶須是近年出現的一種新型針狀材料，因其結晶形式為單晶，晶體內部幾乎無(wú)缺陷，具有強度高、模量高、耐熱與隔熱性好等優(yōu)良特性，與塑料復合時(shí)和基體樹(shù)脂的相容性好，可以改善制品的加工性能，提高力學(xué)性能，以廣泛應用于汽車(chē)、塑料、電氣部件制造、高光潔度結構部件制造等領(lǐng)域。
    由于CaCO₃表面CO₃^2-離子有相當大比例可被水解，導致粒子表面因存在大量羥基而變?yōu)橛H水疏油，在有機介質(zhì)中難于均勻分散，與基料之間沒(méi)有結合力，易造成界面缺陷，必須對CaCO₃晶須進(jìn)行表面改性。通過(guò)改性，可以減小CaCO₃顆粒間的附聚力，改善在基體中的分散性及穩定性，降低兩相界面張力，調節疏水性，提高與有機基料之間的潤濕性和結合力，進(jìn)而改善復合材料的性能。
    本文采用幾種改性劑對碳酸鈣晶須進(jìn)行表面改性，從中選擇改性效果較好的改性劑進(jìn)行條件試驗，分別考察改性劑用量、改性溫度、改性時(shí)間、攪拌轉速、烘干溫度等因素對碳酸鈣晶須表面改性效果的影響，得出最佳的改性工藝技術(shù)。

1. 實(shí)驗部分
1.1 實(shí)驗原料
    文石相碳酸鈣晶須，文石相質(zhì)量分數為87.9%，晶須平均長(cháng)度為22.8μm，平均長(cháng)徑比為14.1。
1.2 實(shí)驗試劑
    硬脂酸、硬脂酸鈉、十八酸鋅、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、鈦酸酯NDZ101、鈦酸酯NDZ401、鋁酸酯、聚丙烯酰胺和硅烷KH570，均為分析純。
1.3 實(shí)驗設備
    數顯懸臂式攪拌機，RW20.n型；接觸角測量?jì)x，HARKE-CA型。
1.4 改性方法
    取不同質(zhì)量分數的碳酸鈣晶須料漿300mL，水浴加熱攪拌，一定溫度下逐漸加入改性劑的10mL無(wú)水乙醇溶液，改性處理一定時(shí)間后趁熱過(guò)濾，干燥后即得到改性碳酸鈣晶須產(chǎn)品。

2. 樣品表征
    活化指數法通過(guò)測定水上的漂浮量，反映礦物粉體的改性程度。采用接觸角測定儀，測定水滴的接觸角θ，取三次的平均值為該樣品的接觸角。

3. 結果與討論
3.1 改性劑種類(lèi)對碳酸鈣晶須改性效果的影響
    實(shí)驗采用了以下幾種改性劑。由表1可以看出，鈦酸酯NDZ101、硬脂酸鈉、硬脂酸和十八酸鋅改性后產(chǎn)品的活化指數最大，其余的改性劑效果明顯比較差，甚至不起作用，接觸角的測定結果也說(shuō)明了這一點(diǎn)，有的產(chǎn)品甚至將水珠吸收。在三種改性劑中硬脂酸鈉改性產(chǎn)品的接觸角最大，且成本較低，所以選用硬脂酸鈉作為碳酸鈣晶須的改性劑。

表1 不同改性劑對碳酸鈣晶須改性效果的影響

3.2 改性劑用量的影響
    不同的改性劑用量對碳酸鈣晶須改性效果的影響如圖1所示。

圖1 改性劑用量與活化指數和接觸角的關(guān)系曲線(xiàn)

    通過(guò)圖1，本試驗最終確定硬脂酸鈉改性碳酸鈣晶須的最佳改性劑用量為3%。
3.3 改性時(shí)間的影響
    不同的改性時(shí)間對碳酸鈣晶須改性效果的影響見(jiàn)圖2。

圖2 改性時(shí)間與活化指數和接觸角的關(guān)系曲線(xiàn)

    由圖2可知，改性時(shí)間短，硬脂酸鈉不能完全吸附在碳酸鈣晶須表面，改性時(shí)間為20min時(shí)，活化指數及接觸角達到最大，說(shuō)明改性劑已完全包覆在碳酸鈣晶須的表面。隨著(zhù)改性時(shí)間的延長(cháng)，由于劇烈的攪拌，有一部分物理吸附在物料表面的改性劑又發(fā)生脫落，所以選定改性時(shí)間為20min。
3.4 改性溫度的影響
    不同的改性溫度對碳酸鈣晶須改性效果的影響見(jiàn)圖3。

圖3 改性溫度與活化指數和接觸角的關(guān)系曲線(xiàn)

    在室溫20℃下對碳酸鈣晶須進(jìn)行改性時(shí)，活化指數、接觸角已達99.4%和125.85℃，隨著(zhù)改性溫度的升高，活化指數和接觸角的數據沒(méi)有大的變化，但所得改性產(chǎn)品烘干后較為蓬松，解聚更為容易，另外考慮到節能等因素，選擇改性溫度為80℃。
3.5 攪拌轉速對碳酸鈣晶須改性效果的影響
    攪拌轉速對碳酸鈣晶須改性效果的影響見(jiàn)圖4。

圖4 攪拌轉速與活化指數和接觸角的關(guān)系曲線(xiàn)

    隨著(zhù)攪拌轉速的增加，活化指數和接觸角逐漸增大，說(shuō)明攪拌轉速越大，改性劑和碳酸鈣晶須的分散性越好，改性劑分子和碳酸鈣晶須接觸的機會(huì )越多，改性越均勻，且攪拌轉速越大，所得產(chǎn)品在烘干后越松散，解聚越容易。當攪拌轉速達到1500 r/min時(shí)，活化指數達到最大，接觸角也達到147.22°，綜合考慮各因素，選擇最佳攪拌轉速為1500 r/min。
3.6 烘干溫度對碳酸鈣晶須改性效果的影響
    烘干溫度對碳酸鈣晶須改性效果的影響見(jiàn)圖5。

圖5 烘干溫度與活化指數和接觸角的關(guān)系曲線(xiàn)

    當烘干溫度小于100℃時(shí)，隨著(zhù)烘干溫度的增加，活化指數及接觸角都逐漸增大；當烘干溫度達到100℃時(shí)，活化指數達到最大值100%，接觸角達到146.66°，隨著(zhù)烘干溫度繼續增大，活化指數和接觸角反而減小，產(chǎn)品的白度逐漸降低。當烘干溫度達到150℃時(shí)，產(chǎn)品甚至變?yōu)樯铧S色，這是由于吸附在碳酸鈣晶須表面的改性劑顏色發(fā)生了變化造成的。

4. 結論
    硬脂酸鈉改性碳酸鈣晶須的最佳試驗條件是：改性劑用量3%，改性溫度80℃，改性時(shí)間20 min，攪拌轉速1500 r/min，烘干溫度100℃，烘干時(shí)間3 h。在最佳試驗條件下，改性產(chǎn)品的活化指數為100%，接觸角為146.66°。

 

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