重質碳酸鈣表面處理
作者： 發布日期：2019-02-27
重質碳酸鈣表面處理由于重質碳酸鈣(簡稱重鈣)粉具有一系列優越的物化性質（尤其是物理性質），諸如易分散性、表面親水性、硬度低、填充量大等，因而是重要的化工原料，其應用領域包括造紙、塑料、橡膠、電纜、油漆和涂料、粘結劑、密封劑、日化、醫藥、飼料以及復合新型鈣塑料等。由于重鈣的工業性能好、來源廣、價格低，其新的應用領域不斷出現。
在造紙、塑料、橡膠、電纜、油漆和涂料等五大應用領域內，目前仍有相當一部分采用輕鈣粉。我國1996年，使用重鈣粉與輕鈣粉的質量比總體情況約為3.5-4倍。據預測，由于輕鈣的生產工藝復雜，價格高，同時生產輕鈣對環境產生污染，今后的發展趨勢是盡可能用重鈣替輕鈣，國外經濟發達國家重鈣對輕鈣的使用比約為14-18:1，明顯高于我國。因此，隨著相關行業的發展，在上述應用領域內，到2002年，我國重鈣對輕鈣的用量比將升達6-7倍。
現代新型高聚物基復合材料不僅要求非金屬礦物填料具有增量和降低材料成本的功效，更重要的是能夠改善填充材料的性能以及具有增強和補強等功能。對重鈣粉進行表面改性后作為增量填料，可降低復合材料的成本，提高復合材料的耐熱性、尺寸穩定性、剛性、硬度及可加工性等。
1.常用改性劑及處理方法
作為填料使用的重鈣，若未經表面處理，與有機高聚物的親和性較差，容易造成在高聚物中分散不均勻，從而造成兩種材料的界面缺陷。因此，需要改進碳酸鈣填料的應用性能。
對于重鈣，常用的表面改性劑為硬以酯酸及其鹽、偶聯劑等。
1.1硬酯酸及其鹽
常用的改性方法是將碳酸鈣進行干燥，除去水份，在改性設備中進行。溫度控制在100-110℃,時間0.5-1.0h或更短即可。將干燥后的重鈣加入改性設備，邊攪拌邊加入硬酯酸或其鹽。硬酯酸的用量約為碳酸鈣質量的0.8-1.0%。反應溫度控制在100℃左右、時間15－30min，產品即可進行包裝。
硬酯酸或硬酯酸鹽改性碳酸鈣具有相當好的補強作用，可取代炭黑和白炭黑填料。改性碳酸鈣填料可提高塑料制品的耐沖擊性能，在涂料工業中能部分取代鈦白粉。
1.2 偶聯劑
1.2.1鋁酸酯偶聯劑：鋁酸酯偶聯劑的改性方法，將重鈣粉料置于100－130℃的改性設備中，邊攪拌邊烘干，約十多分鐘，然后分三次加入計量的偶聯劑。每次間隔2－3min，加完后，再攪拌5min即可。鋁酸酯偶聯劑的用量，大約是碳酸鈣質量的1％－2％。
鋁酸酯偶聯劑對生鈣的改善效果，優于硬酯酸及其鹽。另外，鋁酸酯偶聯劑價格低廉，顏色淺，不影響產品的白度。
2.實驗部分
2.1實驗試樣與設備：重質碳酸鈣，福建省三農碳酸鈣有限公司產，平均粒徑3.72um;硬酯酸，福建省三農碳酸鈣有限公司產。鋁酸酯偶聯劑，福建省三農碳酸鈣有限公司產。
改性設備，福建省三農碳酸鈣有限公司產自制。
2.2實驗方法
用硬酯酸改性：將重鈣粉在100－110℃下干燥，投入改性設備中，在不斷攪拌的同時，將硬酯酸加入，再高速強烈攪拌30min。
用鋁酸酯偶聯劑改善性：將重粉在105－110℃下烘干2h，投入改性設備中，將稱量好的鋁酸酯偶聯劑用液體石蠟稀釋，控制混合機的溫度，將鋁酸酯偶聯劑和加入，攪拌至完全反應。
3.結果與討論
對重鈣粉進行表面改性，使原來親水性表面變的疏水性表面，顆粒在不同介質中的分散性是表征這一性能的重要措施。對粒子潤濕性好的液體，粒子在其中必有好的分散性，粒子不易粘聚集，沉積物堆積緊密；反之，粒子分散性差，易聚集，沉積速度快，沉積物松軟，體積較大。本文主要闡述改性劑加入量對改性效果的影響。
3.1鋁酸酯偶聯劑改性效果
控制改性溫度為70℃，改性時間30min。只改變鋁酸酯偶聯劑的入量，得到活化指數隨改性劑加入量的變化關系。隨著鋁酸酯偶聯劑加入量的增加，活化指數增大，當加入量達1.5％時，達一最大值，再增加改性劑的加入量，活化指數已不再增大。分析原因，隨著鋁酸酯偶聯劑的加入，碳酸鈣表面由親水漸變為親油，活化指數增大。當鋁酸酯偶聯劑的用量為某一值時，剛好將重鈣粉表面全部覆蓋，活化指數達一極限值，再增加改性劑的加入量，活化指數已不再改變。
3.2硬酯酸改性效果
控制改性溫度為70℃，改性時間30min。改變硬酯酸的加入量，對重鈣粉進行表面改善性，測定改性產品的活化指數，結果如圖2所示。隨著硬酯酸加入量的增加，活化指數不斷增大。當加入量達0.7％時，活化指數已達100％；繼續增加硬酯酸的加入量，活化指數已沒有變化。
3.3改善性碳酸鈣填充ＰＶＣ塑料的力學性能
碳酸鈣表面結構，與高分子聚合物分子結構差別巨大。對碳酸鈣進行表面改性的目的，是使兩種物質界面形成良好的結合作用。不同的改性劑改性后的產品，這種結合作用也是有差別的。將上述改性碳酸鈣產品填充到ＰＶＣ塑料中去，比較其力學性能。
從力學性能的對比可看出，鋁酸酯偶聯劑的改性效果明顯好于硬酯酸的改性效果。由于鋁酸酯偶聯劑與碳酸鈣表面的羥基作用形成化學鍵，在碳酸鈣表面覆蓋一層偶聯劑單分子膜；并且鋁酸酯偶聯劑另一端與高分子聚合物相混溶，使碳酸鈣與ＰＶＣ結合得很好，制品具有很好的彈性和抗沖擊性能。
