中国粉体网讯  近年来，重质碳酸钙作为功能性填料，凭借优异的物理化学性质在聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）等高聚物基复合材料中应用广泛，极大地改善了材料的性能。

重质碳酸钙在机械粉碎过程中产生的Ca²⁺和CO₃^2-不饱和质点容易和吸附的水分子发生反应产生羟基，使得重质碳酸钙具有亲水性，但是有机聚合物亲油疏水，两者表面性质相反导致重质碳酸钙在有机聚合物基体中的相容性差、分散不均匀、界面结合力弱，致使高聚物基复合材料在使用过程中容易产生界面缺陷，使用性能下降，因此必须对重质碳酸钙进行表面有机改性。

常用表面改性剂

目前，常用的表面改性剂主要可以分为偶联剂类、表面活性剂类、复合改性剂类、超分散剂类以及无机物类等。

偶联剂类表面改性剂

铝酸酯偶联剂改性重质碳酸钙的改性机理是铝酸酯结构中的一端的烷氧基与CaCO₃表面亲水性羟基发生化学反应。

钛酸酯偶联剂改性碳酸钙的改性机理是钛酸酯偶联剂与CaCO₃形成Ti-O化学键，在CaCO₃表面形成新的分子膜，呈疏水性，同时增强了CaCO₃的流动性。

硅烷偶联剂的应用广泛，但常规硅烷偶联剂的羟基数少，难以与重质CaCO₃发生化学反应，而能够成功改性重质CaCO₃的硅烷偶联剂价格偏高，难以在工业上大规模生产。

表面活性剂类改性剂

脂肪酸类表面活性剂是一种阴离子表面活性剂，其分子链一端的结构是与高分子结构类似的长链烷基结构，故可以很好的与高分子基体相容，而分子链另一端的结构是可以与CaCO₃表面发生物理和化学反应的极性基团。

磷酸酯类表面活性剂的改性机理是磷酸酯与CaCO₃发生化学反应，生成了磷酸盐包覆层，从而使得CaCO₃表面由亲水性变为疏水性。

季铵盐类表面活性剂是一种阳离子表面活性剂，其分子链的一端可与聚合物产生交联作用，而另一端可通过正电荷与CaCO₃表面发生吸附作用。

复合偶联处理改性剂

复合偶联处理改性剂主要是以偶联剂为基础，搭配表面活性剂或者交联剂等对CaCO3进行复配改性，利用其协同作用达到更好的改性效果，以增加CaCO3的表面活性。

超分散剂类改性剂

超分散剂是两亲性结构，其一端是能与固体颗粒表面发生吸附作用的锚固基团，另一端是容易分散在极性基体中的溶剂化链，不同的溶剂化链适合分散在不同的极性基体中。

无机物类改性剂

无机物类改性剂常常是用于降低重质CaCO₃的PH值，增加其耐酸性，同时增强CaCO₃在水中的分散性，主要有缩合磷酸、二氧化硅等。

开发新型改性剂改性重质碳酸钙

重质碳酸钙表面有机改性技术的研究成果颇丰，但目前仍存在高效且成本低的表面改性剂种类少、复合改性剂开发不足的问题，如脂肪酸改性重质碳酸钙所需包覆量较高，改性剂分子层稳定性较差，钛酸酯和铝酸酯偶联剂及有机磷酸酯价格贵、成本高等。因此亟需研发应用新型改性剂实现对重质碳酸钙的高效表面有机改性。

梁朝等选用表面活性剂类新型改性剂JST-9001（聚氧乙烯醚型复合改性剂）、JST-9002（磷酸酯型复合改性剂）、JST-9003（聚氧乙烯醚型复合改性剂）、JST-9004（磷酸酯型复合改性剂）以及常用表面改性剂硬脂酸、铝酸酯F-2、氨基硅油585C和羟基硅油对两种重质碳酸钙进行干法表面有机改性。

结果表明：改性剂JST-9001、JST-9003、硬脂酸和铝酸酯F-2的改性效果更好，尤其两种新型改性剂JST-9001和JST-9003在低改性剂用量下（质量分数为0.5%）可获得更加优异的表面改性效果；优化用量下JST-9001和JST-9003改性剂分子中的亲水基与重质碳酸钙表面的—OH发生键合作用，改性剂分子层包覆于重质碳酸钙颗粒表面。

2023年初，广源化工张晓明等公布一种铝酸酯偶联剂及其制备方法和应用。采用聚乙二醇和聚乙烯蜡作为配方体系的溶剂和有效组分，不易挥发和析出，在对非金属粉体进行表面处理时，可提高非金属粉体与制品的相容性，与铝酸酯偶联剂可协同作用，增加被处理的非金属填料与树脂的相容性，改善加工性能，提高了偶联剂的处理效果，且生产时溶剂无需进行蒸馏排出，可作为偶联剂的有效成分使用，有效提高了偶联剂的综合性能，避免了传统小分子溶剂蒸馏不充分残留于产品内而影响产品品质。

2023年3月，广西贺州市科隆粉体有限公司公开了一种用于碳酸钙表面改性的复合改性剂，由聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇硬脂酸酯、硬脂酸钙三元复配，能够提高碳酸钙与可降解塑料的相容性。

小结

表面改性对提高重质碳酸钙的应用价值和性能有着至关重要的作用。在加工生产中，应加强改性剂的研究，根据表面改性机理、基料的性质、加工工艺的技术等要求，有针对性的选取表面改性剂、助改性剂和改性设备等。

参考资料：

颜倩.重质碳酸钙的表面改性及其共混改性PBAT的研究

梁朝等.新型有机改性剂对重质碳酸钙的表面改性效果及机理

王千等等.重质碳酸钙改性研究进展

国家知识产权局

（中粉体网编辑整理/黑金）

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