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轻、重、纳米碳酸钙,改性有何区别?

2021-06-28

碳酸钙是一种重要的、用途广泛的化工原料,作为补强剂和填充剂被广泛应用于橡胶、造纸、油墨、涂料、塑料、食品、化妆品等行业中。根据碳酸钙生产方法的不同,可以将其分为轻质碳酸钙和重质碳酸钙与纳米碳酸钙。
轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙,是用化学加工方法制得;重质碳酸钙又称研磨碳酸钙,是用机械方法直接粉碎天然的石灰石、方解石、白垩等制备。
重质碳酸钙和轻质碳酸钙的粒度和表面特征存在一定的差异,因而在使用效果上也会存在差别。
纳米碳酸钙是指粒度大小在1~100nm的碳酸钙产品,包括超细和超微细碳酸钙两种产品。

改性方法总结

重质碳酸钙的改性方法

1物理涂覆改性
物理涂覆改性是将改性剂与重质碳酸钙以一定的比例混合,在分散力的作用下,改性剂通过范德华力或静电引力等物理作用力吸附在重质碳酸钙表面,形成单层、双层或多层包覆层。

2表面化学改性
表面化学改性是指通过一定的方法,利用改性剂分子中的官能团和重质碳酸钙粉体表面的活性点进行化学反应或化学吸附,使改性剂包覆在重质碳酸钙颗粒的表面,增强重质碳酸钙与填充有机基体的相容性和分散性,从而改善复合材料的加工性能和物理力学性能。

3机械力化学改性
机械力化学改性是利用粉碎、摩擦等机械手段,使重质碳酸钙粉体的晶格发生位移、晶型发生变化,与此同时体系温度升高,内能增大。
在重质碳酸钙的工业生产中,研磨粉碎和表面改性一般是分开进行,若在重质碳酸钙粉碎的过程中同时加入改性剂对其表面进行改性,不仅能利用粉碎的物理机械力来增强表面改性效果,还可防止重质碳酸钙颗粒过细而导致的团聚现象发生。

4表面沉积改性
表面沉积改性是采用合适的方法将改性剂沉淀在重质碳酸钙的表面,是无机矿物颜料表面改性最常用的方法之一。
适合工业化生产,工艺流程简单,通过控制反应条件,可以获得合适的粒径和纯度。

轻质碳酸钙改性方法

1脂肪酸(盐)改性
硬脂酸(盐)是碳酸钙最常用的表面改性剂。其改性工艺可以采用干法,也可以采用湿法。一般湿法工艺要使用硬脂酸盐,如硬脂酸钠。
除了硬脂酸(盐)外,其他脂肪酸(酯),如磷酸盐和磺酸盐等也可用于碳酸钙的表面改性。研究表明,用一种特殊结构的多聚磷酸酯(ADDP)对碳酸钙进行表面改性后,碳酸钙粒子表面疏水亲油,在油中的平均团聚粒径减小。
用脂肪酸(盐)改性处理后的活性碳酸钙主要应用于填充聚氯乙烯塑料、电缆材料、胶粘剂、油墨、涂料等。

2偶联剂改性
偶联剂是两性结构化合物,通过反应基团与碳酸钙表面羟基进行化学键合,其分子的极性基团,可以和碳酸钙颗粒表面的官能团反应,形成稳定的化学键。而另一端可与有机高分子发生化学反应或物理缠绕,从而把两种极性差异大的材料紧密结合起来,并具有很好的相容性,且赋予复合材料较好的物理、机械性能。
按其结构可分为硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、钛铝酸酯、锆铝酸盐及配合物。

3聚合物改性
采用聚合物对碳酸钙进行表面改性,可以改进碳酸钙在有机或无机相(体系)中的稳定性。这些聚合物包括低聚物、高聚物和水溶性高分子,如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚马来酸、聚丙烯酸、烷氧基苯乙烯-苯乙烯磺酸的共聚物、聚丙烯、聚乙烯等。

4等离子和辐射改性
采用感应耦合辉光放电等离子系统,并用氩(Ar)和高纯丙烯(C3H6)混合气体作为等离子体处理气体对重质碳酸钙(1250目)粉末进行低温等离子体改性结果表明,经Ar-C3H6混合气体处理的碳酸钙填料与聚丙烯(PP)有较好的界面黏合性。

纳米碳酸钙改性方法

1局部化学反应改性
局部化学反应改性是先加入处理剂(偶联剂、有机物、无机物等),然后纳米碳酸钙表面官能团与它发生化学反应达到改性目的的一种方法。目前纳米碳酸钙表面改性应用最广泛的就是这种方法。
局部化学反应改性工艺主要有干法和湿法两种。干法是在改性剂中依次加入纳米碳酸钙粉末和表面改性剂,进行表面改性。适合于用偶联剂进行表面改性。

2表面包覆改性
纳米碳酸钙颗粒与包覆物两者通过范德华力或物理方法连接起来的一种改性方法。将表面改性剂或超分散剂加入到纳米碳酸钙的制备溶液中,在生产纳米碳酸钙的同时,将表面改性剂包覆在碳酸钙的表面,使最终产物以均匀颗粒的形式存在。

3母料填料改性
母料填料是一种新型填料,通过将一定比例的树脂母粒、碳酸钙及表面活性剂混合,制得母料填料的同时对碳酸钙进行表面改性。根据所用基体树脂的不同,常见的母料填料主要有聚乙烯蜡碳酸钙母粒、无规则聚丙烯碳酸钙母粒(APP母料)和树脂碳酸钙母粒填料等。

4高性能表面改性
利用等离子体或高能射线(如X射线、γ射线等)进行改性的一种方法。等离子体对CaCO3粉体的表面改性主要是利用等离子体聚合技术,首先使单体活化产生气相自由基,然后吸附在固体表面成为表面自由基,进而与等离子体或气相原始单体发生聚合反应,在碳酸钙表面形成聚合物薄膜,达到改性。

结语
总之,表面改性是提升碳酸钙应用性能、提高适用性、拓展市场和用量所必须的重要手段。表面改性后的碳酸钙,由传统的填充剂变成了多功能的改性剂,应该范围更广,更受欢迎。
未来,功能化、专用化将成为碳酸钙发展的主要趋势,并且产品结构也将发生很大变化。高档产品如纳米级碳酸钙、超微细碳酸钙、医用级和食品级碳酸钙;各种表面改性的专用碳酸钙,如天然橡胶专用、合成橡胶专用、涂料专用轻质碳酸钙,这些高附加值碳酸钙产品市场需求量会越来越大,而产品质量也必将是企业生存和发展的关键!

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