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1、前言
何為粉體表面改性技術？用物理、化學、機械等方法對粉體材料表面或界面進行處理，有目的地改變粉體材料表面物理化學性質的科學手段。
粉體表面改性技術，能改變碳酸鈣粉分散性差，與有機體相溶性差的劣勢，能以較低的成本提高鈣粉的用量，拓寬鈣粉的應用范圍。
碳酸鈣
2、改性方法和原理
目前，碳酸鈣改性的主流方法有偶聯(lián)劑改性、硬脂酸鹽改性、磷酸酯類改性、原位聚合法改性、表面聚合物接枝改性等。但是由于成本與易操作性的原因，目前最常用的是偶聯(lián)劑改性和脂肪酸鹽改性。
從碳酸鈣的改性機理看，大致可以分兩種，一種是化學作用，一種是物理作用。表面化學作用，如官能團的取代、聚合、接枝和水解等。表面物理作用，例如其相界面發(fā)生的吸附、包覆、浸潤等反應，當填料完全被潤濕時，碳酸鈣的高能表面會發(fā)生物理吸附，該能量高于塑料內(nèi)聚黏結強度。
3、碳酸鈣表面改性的目的
一般而言，對碳酸鈣進行表面改性，主要實現(xiàn)以下幾個目的。
（1）降低粒子間的內(nèi)聚力，提高碳酸的分散性；
（2）提高碳酸的表面活性；
（3）改善碳酸鈣與其他物質的相容性；
（4）提高碳酸鈣的耐酸性；
（5）制備特定晶型的碳酸鈣用于不同行業(yè)。
從改性技術發(fā)展的角度來看，提高表面改性效果，降低表面改性成本，發(fā)展綠色改性劑和優(yōu)化改性設備等都是重要發(fā)展方向。
以提高碳酸鈣粉體分散性而言。目前，超細化是碳酸鈣發(fā)展和應用的趨勢，但粒徑越小，表面能越高，粒子吸附作用越強，團聚現(xiàn)象也就越嚴重，最終導致碳酸鈣無法應用。如果對超細碳酸鈣進行表面改性，則可使改性劑定向吸附在碳酸鈣表面，使其表面具有電荷特性，由于同種電荷的排斥性，碳酸鈣就不易團聚，從而在基體中實現(xiàn)良好的分散。
以改善碳酸鈣與其他物質的相容性而言。未經(jīng)表面改性處理的碳酸鈣具有親水性，極性較強，與有機聚合物相容和分散性較差，易造成復合材料出現(xiàn)界面缺陷，降低材料的機械強度。表面改性能讓碳酸鈣完成“親油疏水”的轉變，可增大碳酸鈣與有機體的界面的相容性及親和性，從而提高其與橡膠或塑料等復合材料的物理性能。
4、碳酸鈣用偶聯(lián)劑和表面活性劑改性
（1）偶聯(lián)劑改性
偶聯(lián)劑能在兩種極性相差較大的材料之間形成結合界面，從而達到改性目的。偶聯(lián)劑改性是碳酸鈣改性的主流方法之一。其改性機理為：帶有親無機物基團的一段與納米碳酸鈣表面的官能團反應，形成化學鍵；帶有親有機物基團的另一端則與聚合物分子鏈發(fā)生反應。常見的偶聯(lián)劑有鈦酸脂偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑等。
（2）表面活性劑改性
表面活性劑改性主要分為，脂肪酸鹽改性、磷酸酯類改性、季銨鹽類改性等方法。
硬脂酸：硬脂酸鹽屬于陰離子改性劑，硬脂酸分子中含有羥基基團，可以和納米碳酸鈣表面的鈣離子形成脂肪酸鈣沉淀，沉積在納米碳酸鈣表面。此時可以認為脂肪酸鈣沉淀在碳酸鈣表面形成了一層膜，對碳酸鈣分子有包覆作用，而另一端得到的改性碳酸鈣表面形成具有長鏈的烷基烴結構增強相容性。
磷酸酯：磷酸酯類表面改性劑與納米碳酸鈣中的Ca2+離子反應，在納米碳酸鈣表面形成一層磷酸酯包覆層。磷酸酯比較容易在聚合物機制中分散，從而使納米碳酸鈣的親水性向親油性轉變。
季銨鹽：季銨鹽類表面活性劑是最常用的陽離子型表面活性劑，它的作用機理是通過季銨鹽的正電荷與碳酸鈣表面發(fā)生吸附作用，而另一端與聚合物產(chǎn)生交聯(lián)作用對碳酸鈣的表面進行改性。
在碳酸鈣表面改性技術中，改性劑是實現(xiàn)粉體表面改性預期目的的關鍵，但改性劑種類繁多，且具有很強的針對性，實際運用技術復雜多變。因此，系統(tǒng)學習改性知識，知其然，知其所以然十分必要。
3月16~17日，第二屆全國碳酸鈣產(chǎn)業(yè)高值化發(fā)展交流大會將在河南·南陽舉行，屆時中國礦業(yè)大學（北京）化學與環(huán)境工程學院教授鄭水林將在大會上做《碳酸鈣粉體表面改性》主題報告，詳細闡述重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、納米碳酸鈣的表面改性方法、工藝、改性劑配方及其選擇原則等一系列的專業(yè)知識和研究成果，為活性鈣生產(chǎn)和應用企業(yè)解疑答惑。
專家介紹
鄭水林，工學博士，中國礦業(yè)大學（北京）教授/博士生導師；中國硅酸鹽學會常務理事、礦物材料分會理事長；中國顆粒學會常務理事、顆粒制備與處理專委會副主任；中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會專家委員會委員。
研究方向：礦物材料、粉體表面改性、非金屬礦深加工等。
主要業(yè)績：培養(yǎng)畢業(yè)研究生100多人；專著20多本；發(fā)表論文500多篇；授權發(fā)明專利50多項；獲省/部級科技一等獎2項、二等獎4項、優(yōu)秀圖書一等獎2項、綠色礦山（2019）突出貢獻獎；科學中國人【2017】年度人物。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光）
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