重質(zhì)碳酸鈣是由天然碳酸鹽礦物粉磨而成，在破碎與粉磨過(guò)程中暴露出不飽和質(zhì)點(diǎn)，使其顆粒表面親水疏油，很難在有機高分子基質(zhì)中均勻分散，而表面改性是提升重質(zhì)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，其目的是：
?。?）降低重質(zhì)碳酸鈣的表面能，防止團聚；
?。?）提高重質(zhì)碳酸鈣在基體中的分散性；
?。?）增強重質(zhì)碳酸鈣表面與基體的界面親和性；
?。?）提高改性重質(zhì)碳酸鈣的專(zhuān)用性和功能性。
為了使改性重質(zhì)碳酸鈣的填充效果達到最佳，必須要考慮其應用領(lǐng)域、加工方式、共混對象，對不同的基體和應用領(lǐng)域有針對性地選擇合適的改性劑和改性方法。
根據重質(zhì)碳酸鈣表面改性工藝的不同，可將改性方法分為表面化學(xué)改性、機械力化學(xué)改性、表面沉積改性、物理涂覆改性、高能表面改性5大類(lèi)。
1、表面化學(xué)改性
表面化學(xué)改性是利用改性劑分子中的官能團和重質(zhì)碳酸鈣粉體表面的活性點(diǎn)進(jìn)行化學(xué)反應或化學(xué)吸附，使改性劑包覆在重質(zhì)碳酸鈣顆粒的表面，增強重質(zhì)碳酸鈣與填充有機基體的相容性和分散性，從而改善復合材料的加工性能和物理力學(xué)性能，是重質(zhì)碳酸鈣工業(yè)生產(chǎn)中最主要的改性方法之一。
重質(zhì)碳酸鈣表面化學(xué)改性常用的表面改性劑包括硬脂酸（鹽）、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、復合偶聯(lián)劑以聚合物等。
?。?）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。
歐美某礦物公司：硬脂酸干法改性重質(zhì)碳酸鈣工藝流程（2臺連續表面改性機串聯(lián)）
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。
例如：東南新材料股份有限公司利用硬脂酸濕法研磨所制得改性重質(zhì)碳酸鈣，在有機樹(shù)脂中的分散性和相容性良好，并且制品的性能提高很多。
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。
?。?）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。
鈦酸酯偶聯(lián)劑干法改性重質(zhì)碳酸鈣工藝流程
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。
為了提高鈦酸酯偶聯(lián)劑與碳酸鈣作用的均勻性，一般用惰性溶劑，如液體石蠟（白油）、石油醚、變壓器油、無(wú)水乙醇等進(jìn)行溶解和稀釋。如采用連續式的表面改性設備，如SLG連續式粉體表面改性機也可以不要用溶劑預先對鈦酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行稀釋。
?。?）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)劑具有色淺、無(wú)毒、常溫是固體、熱穩定性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)鋁酸酯偶聯(lián)劑本身有一定的潤滑增塑功效，所以對重質(zhì)碳酸鈣表面改性，鋁酸酯偶聯(lián)劑改性效果優(yōu)于硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。
經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)劑改性的重質(zhì)碳酸鈣常用來(lái)填充聚丙烯、聚氯乙烯、硬聚氨酯彈性體等體系，在提高填充量的同時(shí)，所得制品仍然具有良好的物理和應用性能，極大降低了成本
?。?）復合偶聯(lián)劑
復合偶聯(lián)改性劑改性是以偶聯(lián)劑為基礎，與其他加工改性劑、表面處理劑、交聯(lián)劑相結合[25]，對重質(zhì)碳酸鈣的表面進(jìn)行復合改性處理。對重質(zhì)碳酸鈣進(jìn)行改性處理同時(shí)選擇兩種或多種改性劑，發(fā)揮每種改性劑自身的優(yōu)勢，使重質(zhì)碳酸鈣的改性效果更加優(yōu)良，更能滿(mǎn)足各種功能化、專(zhuān)業(yè)化的需求。
復合偶聯(lián)劑改性重質(zhì)碳酸鈣工藝流程
例如，揚州天力非金屬材料有限公司等利用鋁酸酯、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硬脂酸改性重質(zhì)碳酸鈣，并將此重質(zhì)碳酸鈣復合填料用于制備PVC電纜料和阻燃母粒，性能優(yōu)良，而復合改性劑的使用將成為重質(zhì)碳酸鈣表面改性的發(fā)展趨勢之一。
?。?）聚合物改性劑
聚合物包覆改性包括反應性纖維素表面處理和接枝聚合物表面處理兩類(lèi)。
反應性纖維素表面處理是將反應性纖維結合在重質(zhì)碳酸鈣的表面，形成表面改性層，達到表面改性的目的。
廣福建材精化有限公司利用聚乙二醇濕法改性重質(zhì)碳酸鈣，并廣泛應用于乳膠體系，使涂料體系的疏水性和施工性能提高，同時(shí)潤濕分散劑和消泡劑的用量減少。
接枝聚合包覆法是利用重質(zhì)碳酸鈣表面的活性點(diǎn)進(jìn)行聚合包覆反應，聚合后的有機高分子基體包覆在重質(zhì)碳酸鈣粒子的表面上，阻止重質(zhì)碳酸鈣的團聚，提高分散穩定性。接枝聚合處理的重質(zhì)碳酸鈣表面與有機高分子材料表面的相似性提高，降低了重質(zhì)碳酸鈣粒子表面的極性。
利用重質(zhì)碳酸鈣表面羥基進(jìn)行接枝聚合改性制得改性重質(zhì)碳酸鈣，應根據主體樹(shù)脂的性質(zhì)來(lái)選擇聚合的單體和預處理方式，使主體樹(shù)脂與載體樹(shù)脂的結構相似或相同，增加改性重質(zhì)碳酸鈣與主體樹(shù)脂間的相容性。
廣西賀州市科隆粉體有限公司在重質(zhì)碳酸鈣表面引發(fā)聚合包覆聚馬來(lái)酸酐-丙烯酰胺-甲基丙烯酸正丁酯，制得改性重質(zhì)碳酸鈣粉體，可用于填充聚氯乙烯、聚乙烯、氯化聚氯乙烯等樹(shù)脂，不僅成本低，而且分散性好。
2、機械力化學(xué)改性
機械力化學(xué)改性是利用粉碎、摩擦等機械手段，使重質(zhì)碳酸鈣粉體的晶格發(fā)生位移、晶型發(fā)生變化，與此同時(shí)體系溫度升高，內能增大，大顆粒的碳酸鈣粒子不斷分解成較小甚至微米級、納米級的重質(zhì)碳酸鈣顆粒，增強重質(zhì)碳酸鈣顆粒表面的化學(xué)活性，易與改性劑發(fā)生化學(xué)結合或附著(zhù)，使重質(zhì)碳酸鈣顆粒的內能降低，處于較穩定的狀態(tài)，達到表面改性的目的。
在重質(zhì)碳酸鈣的工業(yè)生產(chǎn)中，研磨粉碎和表面改性一般是分開(kāi)進(jìn)行，若在重質(zhì)碳酸鈣粉碎的過(guò)程中同時(shí)加入改性劑對其表面進(jìn)行改性，不僅能利用粉碎的物理機械力來(lái)增強表面改性效果，還可防止重質(zhì)碳酸鈣顆粒過(guò)細而導致的團聚現象發(fā)生。
此外，改性劑本身是一種優(yōu)良的潤滑劑和分散劑，加入后會(huì )使顆粒間的摩擦減小，有助磨的功效，對設備也起到了一定的保護作用，使利用機械力化學(xué)改性重質(zhì)碳酸鈣的工藝流程簡(jiǎn)單化，改性效果和效率優(yōu)良化。
東南新材料股份有限公司采用一種重質(zhì)碳酸鈣研磨改性一體化生產(chǎn)的生產(chǎn)系統及生產(chǎn)方法，提高了超細改性重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了超細改性重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）丁浩教授團隊：碳酸鈣/鈦白粉復合顆粒顏料制備工藝
中國地質(zhì)大學(xué)（北京）丁浩教授團隊采用機械力化學(xué)包覆方法成功制備了碳酸鈣/鈦白粉、高嶺土/鈦白粉、水鎂石/鈦白粉、硅灰石/鈦白粉、電氣石/鈦白粉等復合顆粒材料，可替代或部分替代鈦白粉，用于化妝品、涂料、造紙、塑料等行業(yè)。
3、表面沉積改性、
表面沉積改性是采用合適的方法將改性劑沉淀在重質(zhì)碳酸鈣的表面，是無(wú)機礦物顏料表面改性最常用的方法之一，適合工業(yè)化生產(chǎn)，工藝流程簡(jiǎn)單，通過(guò)控制反應條件，可以獲得合適的粒徑和純度。
廣東拉芳個(gè)人護理用品有限公司利用SLG型（渦流式）粉體表面改性機，對牙膏用磨擦劑碳酸鈣進(jìn)行表面改性，制得二氧化硅包覆微米級球形碳酸鈣顆粒，在磨損值相同的情況下，將改性碳酸鈣添加于牙膏中，與氟化物的相容性得到了顯著(zhù)的提高。
4、物理涂覆改性
物理涂覆改性是將改性劑與重質(zhì)碳酸鈣以一定的比例混合，在分散力的作用下，改性劑通過(guò)范德華力或靜電引力等物理作用力吸附在重質(zhì)碳酸鈣表面，形成單層、雙層或多層包覆層。
從物理涂覆改性定義可知，重質(zhì)碳酸鈣的表面與改性劑之間沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應，只是純粹的一種物理包覆，所用藥劑主要為表面活性劑、分散劑以及后來(lái)的超分散劑。
按照溶劑化鏈的單元結構，超分散劑可以大致分為以下4種類(lèi)型：聚酯型超分散劑、聚醚型超分散劑、聚丙烯酸酯型超分散劑、聚烯烴類(lèi)超分散劑。
超分散劑的分子結構與傳統表面活性劑有相似的兩親性結構，一部分為錨固基團，常見(jiàn)的有—OH、—NH2、—NR3+、—COOH、—SO3H等官能團，它們可通過(guò)離子鍵、共價(jià)鍵、氫鍵及范德華力等相互作用緊緊地吸附在固體顆粒表面，防止超分散劑與重質(zhì)碳酸鈣表面脫附;另一部分為溶劑化鏈，如聚烯烴、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚等，適合分散在不同極性基體中。
與傳統表面活性劑相比，超分散劑有如下優(yōu)點(diǎn)：
?、倥c重質(zhì)碳酸鈣顆粒表面結合力更強，幾乎不會(huì )發(fā)生解吸;
?、诰酆衔锏拈L(cháng)分子鏈可以更有效地防止重質(zhì)碳酸鈣粒子的再次團聚。
這些優(yōu)點(diǎn)為超分散劑改性重質(zhì)碳酸鈣在填充塑料、顏料、油墨、涂料等行業(yè)中的廣泛應用帶來(lái)了前景。
陸樹(shù)新等采用加入重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量分數為0.4%的自制聚酯型兩親型超分散劑對CC21500重質(zhì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性，使改性后重質(zhì)碳酸鈣的吸油值降低，粒徑分布也變窄，在非極性和極性基體中均能夠均勻分散和潤濕，體現了優(yōu)良的親水親油性能。
董輝陽(yáng)等以丙烯酸、單體M和單體N為共聚單體，過(guò)硫酸銨和亞硫酸氫鈉為引發(fā)體系合成了一種相對分子質(zhì)量在3000-5000的高效分散劑。此分散劑可用來(lái)研磨細度至98級的重質(zhì)碳酸鈣漿料，在研磨過(guò)程中漿料流動(dòng)性和穩定性都較好，黏度相對較低，研磨效率較高，具有優(yōu)良的商業(yè)價(jià)值。
5、高能表面改性
高能表面改性是指采用強度較高、能量較集中的輻照、等離子體、超聲波等方式，對重質(zhì)碳酸鈣表面進(jìn)行改性處理的一種方法。作用時(shí)產(chǎn)生的強沖擊波和分散力能夠極大地削弱顆粒間的相互作用，可以有效地防止顆粒間的團聚，有利于重質(zhì)碳酸鈣的分散。
采用感應耦合輝光放電等離子系統，并用氬（Ar）和高純丙烯（C3H6）混合氣體作為等離子體處理氣體對重質(zhì)碳酸鈣（1250目）粉末進(jìn)行低溫等離子體改性結果表明，經(jīng)Ar-C3H6混合氣體處理的碳酸鈣填料與聚丙烯（PP）有較好的界面黏合性。這是由于經(jīng)改性后的碳酸鈣顆粒表面存在一非極性有機層，因此降低了碳酸鈣顆粒表面的極性，提高了與聚丙烯（PP）的相容性和親和性。
6、重質(zhì)碳酸鈣表面改性發(fā)展趨勢
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。
表面改性對提高重質(zhì)碳酸鈣的應用價(jià)值和性能有著(zhù)至關(guān)重要的作用，是重質(zhì)碳酸鈣的主要加工技術(shù)之一，其主要發(fā)展趨勢是：
?。?）優(yōu)化表面改性效果
為了提高生產(chǎn)效率、降低改性成本，在加工生產(chǎn)中，應根據表面改性機理、基料的性質(zhì)、加工工藝的技術(shù)等要求，有針對性的選取表面改性劑、助改性劑和改性設備。
?。?）改性重質(zhì)碳酸鈣尺寸納米化
納米化的碳酸鈣會(huì )表現出與普通碳酸鈣不同或反常的理化性質(zhì)，在殺菌消毒、透明性、增韌性和補強性等方面起到特殊作用。
?。?）綠色環(huán)?；?br />
目前人們總是在倡導走可持續發(fā)展之路，因此生產(chǎn)環(huán)境友好的改性重質(zhì)碳酸鈣填充料顯得非常重要。
?。?）專(zhuān)用化、功能化
為了滿(mǎn)足科技的進(jìn)步對材料提出的更高的要求，碳酸鈣的改性會(huì )向專(zhuān)用型、功能型及高附加值型轉化。
參考資料：非金屬礦加工技術(shù)與應用手冊，作者：鄭水林、袁繼祖；重質(zhì)碳酸鈣改性研究進(jìn)展，作者：王千等；
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