碳酸鈣是一種白色粉末，無(wú)味無(wú)臭的化合物，它有很多俗稱(chēng)，像灰石、石灰石、大理石等等。 碳酸鈣不溶于水，但是卻溶于像鹽酸等這樣的酸，溶解在酸中會(huì )放出大量的氣體。 碳酸鈣在地球上很常見(jiàn)，不僅存在動(dòng)物的骨骼或者外殼中，也存在于方解石、 大理石等巖石中。 碳酸鈣有無(wú)定型和結晶型兩種形態(tài)，碳酸鈣是一種無(wú)機化合物，也是一種粉末產(chǎn)品。 碳酸鈣憑借著(zhù)價(jià)格低廉、無(wú)毒無(wú)味、白度高、硬度好等特點(diǎn)在橡膠和塑料生產(chǎn)過(guò)程中廣泛用作填料碳。 據統計，在塑料制品制造過(guò)程中無(wú)機填料大部分是碳酸鈣，約占填料用量的 70%。 碳酸鈣分為天然礦石粉碎而得的重質(zhì)碳酸鈣（ GCC） 和經(jīng)過(guò)化學(xué)過(guò)程生產(chǎn)的沉淀碳酸鈣（ PCC） 。 因 PCC 的生產(chǎn)工藝復雜且昂貴，同時(shí)會(huì )帶來(lái)環(huán)境污染，今后的發(fā)展趨勢是更多的使用 GCC 代替 PCC。
通常未經(jīng)過(guò)改性的 GCC 具有親水性表面，然而其與極性有機聚合物的親和性較差， 在基料中易造成分散的不均勻或積聚現象，從而導致填料與聚合物之間產(chǎn)生相異界面，這種缺陷容易產(chǎn)生應力集中現象， 以致填充復合材料機械力學(xué)性能下降，發(fā)生斷裂現象[4]。
1 碳酸鈣改性方法及特點(diǎn)
1.1 粒徑細化
使 GCC 粉末粒度微細化或超微細化，以提高填充劑在制品中的分布均勻。 主要對傳統的碳酸鈣生產(chǎn)工藝的碳化、粉化及脫水干燥等技術(shù)進(jìn)行升級改造，使其生產(chǎn)工藝變的復雜了，條件也變得難以實(shí)現，同時(shí)產(chǎn)品成本提高很多。 納米活性鈣加入到高分子體系中，因為其顆粒屬于納米級，對體系的流變特性可以產(chǎn)生一定的影響， 因此人們對在高分子體系中加入納米活性鈣所產(chǎn)生的流變性能影響的研究也越來(lái)越重視， 所以對其的發(fā)展也越來(lái)越深入了，未來(lái)的情景很美好，很值得開(kāi)拓它。
1.2 表面改性
使用改性活化劑對碳酸鈣進(jìn)行表面改性。 表面改性是指用物理、 化學(xué)、 機械和其它方法對粉體材料表面進(jìn)行改性處理，根據應用的要求，有目的性地改變粉體材料表面的物化性質(zhì)。 主要是采用兩性結構的物質(zhì)（ 分子的一部分能與無(wú)機表面結合，一部分可以有機物分子發(fā)生反應） 對 GCC 進(jìn)行表面改性，工藝設備較為簡(jiǎn)單和便宜，是目前碳酸鈣改性的主要發(fā)展方向。 表面改性的方法很多，像局部反應改性、表面包覆改性 、高能表面改性及機械化學(xué)改性。
GCC 的表面活化改性方法根據生產(chǎn)工藝不同分為 ： 干法改性和濕法改性?xún)纱箢?lèi)。
干法改性因為操作方便，改性的量大而廣，所以相對濕法更廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)，但是其改性的效果與機械設備有很大的關(guān)系，如果改性的方法不當，將會(huì )大大影響其改性的效果， 所以選擇合適的設備進(jìn)行改性和適當的方法很有必要。 干法改性大多屬于物理的改性方法，在高速混合機中先加入碳酸鈣，達到一定的溫度，然后加入改性劑，從而使得改性劑粘附在碳酸鈣粉體表面， 形成一層改性劑的包覆層，從而碳酸鈣得到改性。 這種方法步驟簡(jiǎn)單，易于大批量操作，所以可以較為普遍的應用于造紙、橡膠、塑料等行業(yè)之中；
濕法改性是在碳酸鈣中加入一定的溶劑，然后在分次加入改性劑，使其形成飽和溶液，然后可以通過(guò)超聲震蕩或是機械攪拌，通過(guò)時(shí)間、溫度、改性劑用量，從而得到改性最佳的條件，制備出高活性的碳酸鈣。 干法工藝簡(jiǎn)單但完全依靠混合機進(jìn)行很難均勻包覆，更適用于一些對成本要求高，對表面改性均一性要求不高的產(chǎn)品，一般可以取得較理想的結果；然而濕法改性在液相中進(jìn)行， 經(jīng)過(guò)一系列的操作可以比較均勻的改性且產(chǎn)品性能均一，是目前產(chǎn)品常用的表面改性方法。 對于超細 GCC 的改性，提高表面改性效果、降低改性成本是目前的發(fā)展必然趨勢。 提高表面改性效果可以通過(guò)改善表面改性方法、改性設備和改性劑配方著(zhù)手；降低改性成本可以通過(guò)減少表面改性劑用量和降低改性過(guò)程的能量消耗考慮。
2 常用的表面改性劑
目前可對碳酸鈣表面改性的改性劑根據其結構與特性可以分為表面活性劑、偶聯(lián)劑、聚合物等。
2.1 表面活性劑
表面活性劑主要有陰、陽(yáng)離子、非離子和高分子表面活性劑。 通過(guò)大量實(shí)驗，如王昌建等研究了不同表面活性劑對碳酸鈣的改性效果，結果表明陰離子型表面活性劑效果最佳，形成合適的復配物的其改性效果更佳。 由于性?xún)r(jià)比較好，硬脂酸和硬脂酸鹽作為常見(jiàn)的改性劑。 世界上首次研究碳酸鈣改性實(shí)驗，并且獲得成功的是白艷華系列，通過(guò)在碳酸鈣表面包裹硬脂酸作為改性劑的制備方法，常見(jiàn)包裹脂肪酸為羥基、巰基的脂肪族、氨基、芳香族酸或是鹽。 碳酸鈣表面性質(zhì)為親水性，而摻雜在高分子當中都是親油性的，兩者的分散性很差，所以通過(guò)脂肪酸中的 RCOO-與碳酸鈣當中的 Ca2+或是 CaHCO3+組分產(chǎn)生脂肪酸鈣沉淀物，達到碳酸鈣表面親油性的效果。
2.2 偶聯(lián)劑
偶聯(lián)劑可將高分子基體和粉體（ 無(wú)機礦物） 在性質(zhì)方面差別懸殊的材料經(jīng)過(guò)界面層穩固的結合在一起， 是由于分子中一部分非極性基團可與有機高分子產(chǎn)生化學(xué)反應或纏繞；分子中另一部分極性基團會(huì )形成強有力的化學(xué)鍵合， 這是由于極性基團可與粉體表面的各種官能團發(fā)生反應， 可以看出偶聯(lián)劑是一種兩性的物質(zhì)結構。
常見(jiàn)的偶聯(lián)劑有以下幾種。 鈦酸酯偶聯(lián)劑： 鈦酸酯偶聯(lián)劑改性碳酸鈣的過(guò)程為鈦酸酯偶聯(lián)劑的水解烷基與碳酸鈣表面的自由基形成化學(xué)鍵， 使碳酸鈣表面有一層碳酸脂單分子膜， 鈦酸脂的另一端與高分子化合物作用形成穩定的化學(xué)鍵。 用鈦酸脂偶聯(lián)劑改性的碳酸鈣填充的高分子聚合物有明顯的加工性能和物理機能； 硅烷偶聯(lián)劑：硅烷偶聯(lián)劑是開(kāi)發(fā)最早，應用最多的一種偶聯(lián)劑，他的作用是使碳酸鈣粉末表面硅烷化；鋁酸酯偶聯(lián)劑：鋁酸酯偶聯(lián)劑常溫下是固體、有色、無(wú)毒，鋁酸酯偶聯(lián)劑能夠與碳酸鈣形成不可逆的化學(xué)鍵。
2.3 聚合物
聚合物可在碳酸鈣的表面定向吸附， 被聚合物吸附后的碳酸鈣具有電荷特性，其表面也形成了物理和化學(xué)吸附層，從而阻止了碳酸鈣粒子團聚結塊， 即改善了碳酸鈣粒子的分散性。 通常，聚合物改性碳酸鈣有以下幾種方法：碳酸鈣表面被聚合物單體吸附、聚合，從而在碳酸鈣表面形成一薄層；使高聚物溶解在溶劑中然后再吸附在碳酸鈣表面。 通過(guò)用 MAH 進(jìn)行改性得到的碳酸鈣作為填料， 從而制成 PP 基復合材料，研究結果表明，加入了 MAH 等改性劑的碳酸鈣有了更好的性能，相比如未改性的碳酸鈣加入作為填料，力學(xué)性能均有大大的改善，主要原因是改性之后其粉體的表面能大大的降低，分散性也大大提高。
3 結束語(yǔ)
當前在塑料、橡膠等現代高聚物材料、高分子復合材料、功能性材料以及印刷、涂料等工業(yè)領(lǐng)域中，碳酸鈣填料占有極其重要的地位。 不僅可降低高聚物基復合材料或高分子材料的成本，而且還可以提高材料的硬度、剛性、尺寸穩定性，并賦予這些材料一些特殊的物理化學(xué)性能，比如阻燃性、耐磨性、耐腐蝕性、絕緣性以及環(huán)境可消納性等。 所以，只有通過(guò)合理的改性方法和改性劑的優(yōu)化選擇才可以更好的得到廣泛應用。
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