由于重質(zhì)碳酸鈣粉具有一系列優(yōu)越的物化性質(zhì)（尤其是物理性質(zhì)），諸如易分散性、表面親水性、光澤度和白度、硬度低、填充量大等，因而是重要的化工原料，其應用領(lǐng)域包括造紙、塑料、橡膠、電纜、油漆和涂料、粘結劑、密封劑、日化、醫藥、飼料以及復合新型鈣塑材料等。由于重鈣的工業(yè)性能好、來(lái)源廣、價(jià)格低，其新的應用領(lǐng)域不斷出現。
但碳酸鈣填充于各種聚合物中，存在明顯的缺點(diǎn)：一是表面親水疏油，在聚合物內部分散性差；二是碳酸鈣和高聚物本體結合力差，僅能起增容作用，當使用高比例碳酸鈣填充時(shí)，會(huì )導致聚合物材料性能急劇下降，以致于制品難以被加工和使用。為了改善重質(zhì)碳酸鈣與聚合物的相容性和分散性，增強其親和力，必須采用不同的表面改性劑和處理方法對碳酸鈣進(jìn)行表面改性。目前碳酸鈣表面改性的方法有：表面化學(xué)反應改性、偶聯(lián)劑改性、機械化學(xué)改性、表面接枝改性、表面包覆改性等。
硬脂酸是一種成本低廉的有機酸，其分子結構中具有類(lèi)似偶聯(lián)劑的親水疏油的基團。所以，本文采用硬脂酸，應用濕法表面改性處理方法對1500 目重質(zhì)碳酸鈣進(jìn)行活化，將活化度作為評價(jià)重質(zhì)碳酸鈣改性效果的指標，考察在常壓條件下，通過(guò)改變添加表面改性劑用量、活化時(shí)間和活化溫度觀(guān)察對重質(zhì)碳酸鈣的改性效果，研究改性劑用量、改性溫度和改性時(shí)間等因素對改性效果的影響，進(jìn)而為重質(zhì)碳酸鈣的應用提供依據。
1 實(shí)驗部分
1.1 原料和儀器
實(shí)驗試劑及儀器見(jiàn)表1。
 1.2 重質(zhì)碳酸鈣的活化
取一定量1500 目重質(zhì)碳酸鈣粉末，加入適量的三級水，將懸浮液倒入三口燒瓶中，用集熱式恒溫磁力攪拌器進(jìn)行加熱，控制一定的溫度，預熱一段時(shí)間后，邊攪拌邊加入一定量的硬脂酸，反應一定時(shí)間后進(jìn)行過(guò)濾、烘干、研磨得到改性產(chǎn)品。針對改性時(shí)間、改性溫度和改性劑用量三個(gè)因素，采用三因素三水平（表2）的正交試驗方法，調整不同的參數進(jìn)行試驗，制備不同改性產(chǎn)品。
1.3 改性重質(zhì)碳酸鈣活化度的測定
活化度反映了碳酸鈣表面改性的程度。碳酸鈣表面在未改性之前是強極性的，表現為很好的親水性能，將它放入水中之后碳酸鈣會(huì )自動(dòng)沉降；由于硬脂酸是兩親物質(zhì)，通過(guò)對碳酸鈣表面進(jìn)行活化，硬脂酸的極性基團與碳酸鈣表面結合，向外露出疏水基團，從而使其碳酸鈣表面呈現非極性的狀態(tài)，此時(shí)碳酸鈣表面具有了疏水性能，由于其表面巨大的表面張力，從而使碳酸鈣在水中不沉，始終在水面上漂浮。
實(shí)驗方法參考《GBT 19281-2003 碳酸鈣分析方法》中活化度的測定。稱(chēng)取約5g試樣，精確到小數點(diǎn)后第二位，即0.01g。250mL的分液漏斗中將稱(chēng)量好的碳酸鈣放入，加入200mL三級水，振蕩時(shí)間1min，振蕩方式為往復式。振蕩完后將分液漏斗放置于漏斗架上。靜置(20～30) min，觀(guān)察漏斗，當里面出現明顯分層之后，一次性將沉淀的碳酸鈣分離出來(lái)，將沉淀物放置于放入砂芯坩堝中，坩堝已經(jīng)預先在(105±5)℃的烘箱中烘置恒重(精確到0.001g )，抽去多余的水份，將坩堝置于烘箱中，在(105±5)℃的環(huán)境下進(jìn)行干燥至恒重，精確到0.001g。
活化度以質(zhì)量分數ω 計，數值以%表示，按下列公式計算:
式中：m2—未被活化的碳酸鈣和砂芯坩堝的重量之和，單位為克(g)；m1—砂芯坩堝的重量，單位為克(g)；m—試料質(zhì)量的數值，單位為克(g)。取兩次測試結果的平均值作為試驗結果，計算結果修約至小數點(diǎn)后一位。
1.4 紅外光譜分析
取少量改性前后的重質(zhì)碳酸鈣進(jìn)行紅外分析，觀(guān)察紅外光譜的變化情況，光譜的掃描范圍為400～4000cm-1。
2 結果和討論
2.1 正交試驗分析
 通過(guò)表3 可以發(fā)現：
（1）T1>T2>T3，可見(jiàn)對活化度來(lái)說(shuō)，硬脂酸用量是影響活化度的主要因素，溫度次之，時(shí)間的影響最小。
（2）就硬脂酸用量來(lái)說(shuō)，由Ⅰ1、Ⅱ1、Ⅲ1 依次遞增，但Ⅱ1、Ⅲ1 相近，而比Ⅰ1 大一些可以看出：隨著(zhù)硬脂酸用量的增大，活化度不斷提高。不過(guò)，隨著(zhù)硬脂酸用量的繼續添加，到一定程度后對提高活化度并不明顯，參考有關(guān)文獻，可能還有降低活化度的可能。因此，硬脂酸的用量有一個(gè)峰值，在本次正交試驗中，2%的添加量是效果最好的。
（3）就溫度來(lái)說(shuō)，由于由Ⅰ2、Ⅱ2、Ⅲ2 依次均勻遞增，可以看出：隨著(zhù)溫度的提高，活化度不斷提高。
（4）就改性時(shí)間來(lái)說(shuō)，由Ⅰ3、Ⅱ3、Ⅲ3 依次遞增，可以看出：隨著(zhù)改性時(shí)間的延長(cháng)，活化度不斷提高。但Ⅱ3 與Ⅲ3 的增加幅度大于Ⅰ3 與Ⅱ3，可以判斷，時(shí)間在50 分鐘時(shí)活化度有個(gè)小的提高。
（5）由以上分析可以看出：如果要做進(jìn)一步試驗，想得到更合理、更佳的配比，硬脂酸用量選取值區間不宜太大，在2%附近小范圍選??；溫度可以適當再升高測試下，時(shí)間也可以稍微延長(cháng)。更進(jìn)一步實(shí)驗能得到更為準確的實(shí)驗方案。
2.2 改性前后碳酸鈣的紅外光譜
針對改性前后的碳酸鈣進(jìn)行紅外光譜分析，結果見(jiàn)圖1（其中粗線(xiàn)及黑色數字為未活化的重質(zhì)碳酸鈣，細線(xiàn)及紅色數字為活化后重質(zhì)碳酸鈣）。對比圖1 改性前后碳酸鈣的紅外光譜可以看出：改性后碳酸鈣在波數1427cm-1 處的吸收帶寬度明顯變窄，并且在2918cm-1 處出現了吸收峰，這些表明硬脂酸已經(jīng)牢固的鍵合在碳酸鈣表面。
 3 結論
從對活化度和紅外光譜的分析，證明用濕法活化重質(zhì)碳酸鈣是有效的，表明了硬脂酸具有良好的親水疏油的活性基團，能顯著(zhù)改善重質(zhì)碳酸鈣的性能，增加活化度。通過(guò)對重質(zhì)碳酸鈣的活化試驗可大致確定硬脂酸改性重質(zhì)碳酸鈣的較佳工藝條件為：硬脂酸用量2%，活化溫度90℃，活化時(shí)間50 分鐘。對比改性前后碳酸鈣的紅外光譜可以看出，硬脂酸可以對重質(zhì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性，提高重質(zhì)碳酸鈣的表面性能。
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