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1、前言

何为粉体表面改性技术？用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面或界面进行处理，有目的地改变粉体材料表面物理化学性质的科学手段。

粉体表面改性技术，能改变碳酸钙粉分散性差，与有机体相溶性差的劣势，能以较低的成本提高钙粉的用量，拓宽钙粉的应用范围。

碳酸钙

2、改性方法和原理

目前，碳酸钙改性的主流方法有偶联剂改性、硬脂酸盐改性、磷酸酯类改性、原位聚合法改性、表面聚合物接枝改性等。但是由于成本与易操作性的原因，目前最常用的是偶联剂改性和脂肪酸盐改性。

从碳酸钙的改性机理看，大致可以分两种，一种是化学作用，一种是物理作用。表面化学作用，如官能团的取代、聚合、接枝和水解等。表面物理作用，例如其相界面发生的吸附、包覆、浸润等反应，当填料完全被润湿时，碳酸钙的高能表面会发生物理吸附，该能量高于塑料内聚黏结强度。

3、碳酸钙表面改性的目的

一般而言，对碳酸钙进行表面改性，主要实现以下几个目的。

（1）降低粒子间的内聚力，提高碳酸的分散性；

（2）提高碳酸的表面活性；

（3）改善碳酸钙与其他物质的相容性；

（4）提高碳酸钙的耐酸性；

（5）制备特定晶型的碳酸钙用于不同行业。

从改性技术发展的角度来看，提高表面改性效果，降低表面改性成本，发展绿色改性剂和优化改性设备等都是重要发展方向。

以提高碳酸钙粉体分散性而言。目前，超细化是碳酸钙发展和应用的趋势，但粒径越小，表面能越高，粒子吸附作用越强，团聚现象也就越严重，最终导致碳酸钙无法应用。如果对超细碳酸钙进行表面改性，则可使改性剂定向吸附在碳酸钙表面，使其表面具有电荷特性，由于同种电荷的排斥性，碳酸钙就不易团聚，从而在基体中实现良好的分散。

以改善碳酸钙与其他物质的相容性而言。未经表面改性处理的碳酸钙具有亲水性，极性较强，与有机聚合物相容和分散性较差，易造成复合材料出现界面缺陷，降低材料的机械强度。表面改性能让碳酸钙完成“亲油疏水”的转变，可增大碳酸钙与有机体的界面的相容性及亲和性，从而提高其与橡胶或塑料等复合材料的物理性能。

4、碳酸钙用偶联剂和表面活性剂改性

（1）偶联剂改性

偶联剂能在两种极性相差较大的材料之间形成结合界面，从而达到改性目的。偶联剂改性是碳酸钙改性的主流方法之一。其改性机理为：带有亲无机物基团的一段与纳米碳酸钙表面的官能团反应，形成化学键；带有亲有机物基团的另一端则与聚合物分子链发生反应。常见的偶联剂有钛酸脂偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂等。

（2）表面活性剂改性

表面活性剂改性主要分为，脂肪酸盐改性、磷酸酯类改性、季铵盐类改性等方法。

硬脂酸：硬脂酸盐属于阴离子改性剂，硬脂酸分子中含有羟基基团，可以和纳米碳酸钙表面的钙离子形成脂肪酸钙沉淀，沉积在纳米碳酸钙表面。此时可以认为脂肪酸钙沉淀在碳酸钙表面形成了一层膜，对碳酸钙分子有包覆作用，而另一端得到的改性碳酸钙表面形成具有长链的烷基烃结构增强相容性。

磷酸酯：磷酸酯类表面改性剂与纳米碳酸钙中的Ca²⁺离子反应，在纳米碳酸钙表面形成一层磷酸酯包覆层。磷酸酯比较容易在聚合物机制中分散，从而使纳米碳酸钙的亲水性向亲油性转变。

季铵盐：季铵盐类表面活性剂是最常用的阳离子型表面活性剂，它的作用机理是通过季铵盐的正电荷与碳酸钙表面发生吸附作用，而另一端与聚合物产生交联作用对碳酸钙的表面进行改性。

在碳酸钙表面改性技术中，改性剂是实现粉体表面改性预期目的的关键，但改性剂种类繁多，且具有很强的针对性，实际运用技术复杂多变。因此，系统学习改性知识，知其然，知其所以然十分必要。

3月16~17日，第二届全国碳酸钙产业高值化发展交流大会将在河南·南阳举行，届时中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院教授郑水林将在大会上做《碳酸钙粉体表面改性》主题报告，详细阐述重质碳酸钙、轻质碳酸钙、纳米碳酸钙的表面改性方法、工艺、改性剂配方及其选择原则等一系列的专业知识和研究成果，为活性钙生产和应用企业解疑答惑。

专家介绍

郑水林，工学博士，中国矿业大学（北京）教授/博士生导师；中国硅酸盐学会常务理事、矿物材料分会理事长；中国颗粒学会常务理事、颗粒制备与处理专委会副主任；中国非金属矿工业协会专家委员会委员。

研究方向：矿物材料、粉体表面改性、非金属矿深加工等。

主要业绩：培养毕业研究生100多人；专著20多本；发表论文500多篇；授权发明专利50多项；获省/部级科技一等奖2项、二等奖4项、优秀图书一等奖2项、绿色矿山（2019）突出贡献奖；科学中国人【2017】年度人物。

（中国粉体网编辑整理/昧光）

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