表面改性是生產(chǎn)碳酸鈣（包括輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣）最重要和必須的深加工技術(shù)之一，是提升碳酸鈣應用性能、提高適用性、拓展市場(chǎng)和用量所必須的重要手段。
 

　　碳酸鈣粉體的表面改性，一定要以表面改性的機理為依據，同時(shí)考慮下游產(chǎn)品中有機高分子制品的基材、主體配方及技術(shù)要求，經(jīng)綜合考慮，選擇合理的表面改性劑，確定表面改性工藝和設備，才能在此基礎上生產(chǎn)出合格的活性碳酸鈣產(chǎn)品。改性劑、改性工藝、改性設備正是改性效果實(shí)現過(guò)程中至關(guān)重要的三個(gè)要點(diǎn)。
 
要點(diǎn)1: 選對表面改性劑
 
　　碳酸鈣粉體的表面改性主要是解決3方面的問(wèn)題：
 
　　一是碳酸鈣的分散問(wèn)題；
　　二是與有機高分子材料界面結合的問(wèn)題；
　　三是表面改性后功能化及專(zhuān)用化的問(wèn)題。
 
　　因此，在選擇表面改性劑時(shí)應綜合考慮以上幾點(diǎn)，并要根據表面改性劑的結構、性質(zhì)及其與碳酸鈣粉體的作用機理，同時(shí)還應考慮下游有機高分子制品的基料性質(zhì)、配方、工藝技術(shù)要求及碳酸鈣的物理化學(xué)性質(zhì)，對其進(jìn)行正確的和有針對性的選擇。
　　碳酸鈣常用的表面改性劑有硬脂酸（鹽）、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑等。
 
（1）硬脂酸（鹽）
 
　　硬脂酸（鹽）是碳酸鈣最常用的表面改性劑，干法工藝可直接加入硬脂酸，濕法工藝要先將硬脂酸皂化或者使用硬脂酸鹽，如硬脂酸鈉。
　　為了使硬脂酸更好地分散和均勻地與碳酸鈣粒子作用，也可預先將硬脂酸用溶劑（如無(wú)水乙醇）稀釋?zhuān)男詴r(shí)也可適量加入其他助劑。
　　用硬脂酸（鹽）改性處理后的活性碳酸鈣主要應用于填充聚氯乙烯塑料、電纜材料、膠粘劑、油墨、涂料等。
 
（2）鈦酸酯偶聯(lián)劑
 
　　鈦酸酯偶聯(lián)劑的分子結構劃分為6個(gè)功能區，每個(gè)功能區均有各自的特點(diǎn)。了解了其特點(diǎn)后，就可以根據待處理粉體的特點(diǎn)及應用領(lǐng)域，來(lái)靈活性選擇能滿(mǎn)足各種要求的鈦酸酯偶聯(lián)劑。
　　鈦酸酯偶聯(lián)劑分為單烷氧型、螯合型、配位型：
　　
　　單烷氧型的特點(diǎn)是含有多功能，適應范圍廣，主要適應處理干燥的碳酸鈣粉體。
　　螯合型是含有乙二醇螯合基，適用于一定含水量的碳酸鈣粉體的表面改性。
　　配位型是耐水性好，多數不溶解于水，不發(fā)生酯交換反應，適用多種粉體的表面改性。
 
　　用鈦酸酯偶聯(lián)劑處理后的碳酸鈣，與聚合物分子有較好的相容性。同時(shí)，由于鈦酸酯偶聯(lián)劑能在碳酸鈣分子和聚合物分子之間形成分子架橋，增強了有機高聚物或樹(shù)脂與碳酸鈣之間的相互作用，可提高熱塑料填充復合材料的力學(xué)性能，如沖擊強度、拉伸強度、彎曲強度以及伸長(cháng)率等。用鈦酸酯偶聯(lián)劑表面包覆改性的碳酸鈣和未處理的碳酸鈣填料或硬脂酸（鹽）處理的碳酸鈣相比，各項性能均有明顯提高。
 
（3）鋁酸酯偶聯(lián)劑
 
　　鋁酸酯偶聯(lián)劑以前是因易水解很少使用。近年來(lái)生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)的鋁酸酯采取了部分滿(mǎn)足中心鋁原子配位數的特殊結構，使其產(chǎn)品質(zhì)量得到很大的提高。鋁酸酯偶聯(lián)劑色淺，有較高的熱穩定協(xié)調效應和潤滑增塑的作用，適用范圍廣。
　　其他種類(lèi)的表面改性劑也比較多，如表面活性劑、分散劑、接枝劑等。
 
（4）復合改性體系
 
　　在改性劑的選擇中，并不要僅僅只用偶聯(lián)劑來(lái)進(jìn)行表面改性，而要應根據碳酸鈣粉體的性質(zhì)及有機高分子制品的配方及工藝技術(shù)要求等，加入一定量的其它助改性劑和助劑，配合偶聯(lián)劑進(jìn)行更有效的表面改性，使改性碳酸鈣粉體產(chǎn)品的性能和質(zhì)量達到更高的要求，使產(chǎn)品的成本更低。
 
要點(diǎn)2: 選對表面改性工藝
 
　　碳酸鈣粉體表面改性工藝應根據所選用的表面改性劑與碳酸鈣粉體反應機理進(jìn)行確定。
 
　　一是要對碳酸鈣粉體進(jìn)行動(dòng)態(tài)加熱，排除吸附水；
　　二是加熱到100-110℃時(shí)，以霧化法加入表面改性劑，使用兩種改性劑時(shí)，最好分開(kāi)加入；
　　三是動(dòng)態(tài)下保持一定的溫度和時(shí)間，因不同的反應時(shí)間其改性的效果是不同的。
 
　　例如，硬脂酸干法處理碳酸鈣的工藝流程是先將碳酸鈣進(jìn)行干燥，除去水份（如果碳酸鈣的水份含量小于1%可以不進(jìn)行干燥），然后加入計量配置好的硬脂酸在表面改性機中完成碳酸鈣粉體的表面改性。
 

 
▲歐美某礦物公司硬脂酸干法改性碳酸鈣工藝

　　采用SLG型粉體表面改性機和渦旋磨等連續式粉體表面設備時(shí)，物料和表面改性劑是連續同步給入的，硬脂酸可直接以固體粉狀添加，用量依粉體的粒度大小或比表面積而定，一般為碳酸鈣質(zhì)量的0.8%-1.2%。
　　為了使硬脂酸更好地分散和均勻地與碳酸鈣粒子作用，也可以預先將硬脂酸用溶劑（如無(wú)水乙醇）稀釋。改性時(shí)也可適量加入其他助劑。
 

 
▲歐米亞碳酸鈣改性生產(chǎn)線(xiàn)PID工藝流程

　　另外，經(jīng)偶聯(lián)劑改性的碳酸鈣粉體，都會(huì )產(chǎn)生少部分的團聚顆粒，給產(chǎn)品的質(zhì)量帶來(lái)一定的影響，所以一定要進(jìn)行有效的分級，只有這樣才能完全保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
 
要點(diǎn)3: 選對表面改性設備
 
　　表面改性設備可分為干法和濕法兩類(lèi)。常用的干法表面改性設備是SLG型連續粉體表面改性機、高速加熱混合機、PSC型粉體表面改性機以及渦流磨等。
 

▲SLG型連續粉體表面改性機

　　其中SLG型連續粉體表面改性機、PSC型粉體表面改性機、渦流磨等是連續式粉體表面改性設備，高速加熱混合機是間歇式的表面改性設備。
　　常用的濕法表面改性設備為可控溫反應罐和反應釜。
　　目前，在超細碳酸鈣，特別是輕質(zhì)碳酸鈣的工業(yè)化干法連續表面改性中，SLG型連續粉體表面改性機占主導地位。
　　根據碳酸鈣粉體表面改性的機理及工藝等，在選擇表面改性設備時(shí)應考慮滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)要求：
 
　?。?）表面改性設備能將粉體加熱到120℃，并能在90-120℃之間保溫，加熱和保溫時(shí)間能夠自動(dòng)控制。
　?。?）要有排氣裝置，可將表面改性時(shí)需排除的水以蒸汽方式排出。
　?。?）碳酸鈣粉體在表面改性中應處在高速動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下。
　?。?）表面改性設備應滿(mǎn)足表面改性劑分加的要求。
　?。?）為解決表面改性中產(chǎn)生的假團聚體和硬團聚體，一定要進(jìn)行有效的分級，應用專(zhuān)用的分級設備進(jìn)行配套。
 
　　因此，我們在選擇粉體表面改性設備時(shí)，一定要認真考慮粉體的表面改性機理和工藝，并以此為依據，合理的選擇和配套表面改性生產(chǎn)線(xiàn)。
　　另外，粉體表面改性設備生產(chǎn)廠(chǎng)家也應以粉體表面改性的機理及工藝為依據，合理的設計和制造出理想的粉體表面改性設備。
 
碳酸鈣表面改性的發(fā)展趨勢
 
　　碳酸鈣的表面改性是一種改性劑配方較為簡(jiǎn)單，但產(chǎn)量大的粉體的表面改性。目前除特種用途的超細和納米碳酸鈣粉體的表面改性外，一般在高分子材料中填充的碳酸鈣粉體大多數使用硬脂酸或硬脂酸鈉作為表面改性劑，少部分使用鋁酸酯、鈦酸酯和其他表面改性劑。
　　碳酸鈣粉體表面改性技術(shù)的主要改進(jìn)方向是提高表面改性效果和降低改性成本。
 
（1）提高表面改性效果
 
　　提高表面改性效果主要從表面改性方法、改性設備和改性劑配方三個(gè)方面著(zhù)手：
 
　　根據粉體的制備工藝和所選擇的表面改性劑的種類(lèi)，選擇能改善碳酸鈣粉體和表面改性劑在改性過(guò)程中的分散性及相互接觸或作用機會(huì )的均等性的表面改性方法和工藝；
　　選擇能使粉體和表面改性劑在改性過(guò)程中良好分散及相互接觸或作用機會(huì )的均等的表面改性設備；
　　根據樹(shù)脂基料種類(lèi)和應用要求選擇表面改性劑及改性助劑。
 
 （2）降低表面改性成本
 
　　降低表面改性成本主要從以下幾個(gè)方面著(zhù)手：
 
　　減少表面改性劑的用量，這一點(diǎn)與表面改性劑的分散性和與碳酸鈣粉體表面作用的均勻性有關(guān)，表面改性劑分散良好且與碳酸鈣粉體表面作用均勻可以在一定程度上降低表面改性劑的用量，而表面改性劑是碳酸鈣表面改性作業(yè)的主要成本構成因素之一；
　　降低改性過(guò)程的能耗，表面改性大多是需要加熱的作業(yè)，要消耗電能和熱能，能耗與工藝和設備性能有關(guān)，為此，一是要盡量采用簡(jiǎn)單工藝，二是要采用高效節能的表面改性設備或裝置；
　　減少改性過(guò)程中粉體物料的損失，改性過(guò)程中粉體物料的損失不僅增加了改性產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，而且污染車(chē)間環(huán)境，為此，一是要盡可能采用連續、密閉的表面改性設備；二是要盡量減少人工加料和卸料；三是要盡量減少粉體物料的輸送環(huán)節和縮短輸送距離。
 
　　未來(lái)，功能化、專(zhuān)用化將成為碳酸鈣發(fā)展的主要趨勢，并且產(chǎn)品結構也將發(fā)生很大變化。高檔產(chǎn)品如納米級碳酸鈣、超微細碳酸鈣、醫用級和食品級碳酸鈣；各種表面改性的專(zhuān)用碳酸鈣，如天然橡膠專(zhuān)用、合成橡膠專(zhuān)用、涂料專(zhuān)用輕質(zhì)碳酸鈣，這些高附加值碳酸鈣產(chǎn)品市場(chǎng)需求量會(huì )越來(lái)越大，而關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量也必將是企業(yè)生存的關(guān)鍵。
 

2018年碳酸鈣精細加工應用技術(shù)提升及實(shí)操培訓班

　　
　　培訓大綱：
　　1、碳酸鈣粉體清潔生產(chǎn)技術(shù)
　　2、碳酸鈣粉體精細加工制備技術(shù)
　　3、碳酸鈣粉體表面改性技術(shù)開(kāi)發(fā)與應用
　　4、碳酸鈣粉體在有機聚合物材料中的應用技術(shù)
　　5、碳酸鈣精細加工技術(shù)實(shí)操
 

培訓咨詢(xún)和交流：18301216601（微信同號）

 

部分資料來(lái)源：碳酸鈣粉體表面改性應注意的問(wèn)題及發(fā)展方向，作者：李寶智；碳酸鈣粉體表面改性技術(shù)現狀與發(fā)展趨勢，作者：鄭水林
編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)