作者：精華粉體工程裝置****
摘要介紹了重質碳酸鈣表面處理的方法和常用改性劑，研究了鈦酸酯偶聯劑、硬酯酸用量對重表面改性效果的影響，並對改性產品在pvc塑料中的應用效果進行比較。
關鍵詞重質碳酸鈣表面改性硬酯酸鈦酸酯偶聯劑
由於重質碳酸鈣(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、光澤度和白度、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、油漆和塗料、粘結劑、密封劑、日化、醫藥、飼料以及復合新型鈣塑料等。由於重鈣的工業效能好、**廣、**低，其新的應用領域不斷出現。
在造紙、塑料、橡膠、電纜、油漆和塗料五大應用領域內，目前仍有相當一部分採用輕鈣粉。我國2023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**，由於輕鈣的生產工藝複雜，**高，同時生產輕鈣對環境產生汙染，今後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，明顯高於我國。因此，隨著相關行業的發展，在上述應用領域內，到2023年，我國重鈣對輕鈣的用量比將公升達6-7倍。
現代新型高聚物基複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效能以及具有增強和補強等功能［1-3］。對重鈣粉進行表面改性後作為增量填料，可降低複合材料的成本，提高複合材料的耐熱性、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介面缺陷。因此，需要改進碳酸鈣填料的應用效能。
對於重鈣，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乾燥，除去水份，在改性裝置中進行。乾度控制在100-110℃,時間0.
5-1.0h或更短即可。將乾燥後的重鈣加入改性裝置，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製品的耐衝擊效能，在塗料工業中能部分取代鈦白粉。
1.2偶聯劑
1.2.1鈦酸酯偶聯劑：鈦酸酯偶聯劑根據分子結構和礦物表面偶聯劑的構型，分為單烷氧基型、螯合型、配位型三種。
單烷氧型。除焦磷酸酯基外，因耐水性差，只能將偶聯劑用有機溶劑或惰性無水增塑劑稀釋，溶劑
和偶聯劑質量比應大於1，經充分攪拌溶解後，滴加或噴灑到預先烘乾的重鈣粉體表面拌勻，在90-100℃的改性裝置中攪拌15min以上即可。也可將碳酸鈣放入含有偶聯劑溶劑中攪拌均勻，偶聯劑將重鈣包裹後，把多餘的溶劑脫除.
螯合型。耐水性能好，可在水相中包覆重鈣粉體，但大多不溶於水，可用水性溶劑、表面活性劑或高速攪拌等法，促使乳化分散在水中。含磷酸基、焦磷酸基及磺酸基的鈦酸酯可用胺類試劑使之季胺化後溶於水。
如用kr－138s螯合型偶聯劑對碳酸鈣粉進行改性時，將1份kr-138s和0.5份三乙胺混合製成季胺鹽,並分散600份水中，加入200份碳酸鈣，充分攪勻，脫水，烘乾即可。
配位型。配位型偶聯劑和螯合型的用法相似，因為耐水性好並且大多數不溶於水，因此可先將其溶有機溶劑中再包覆碳酸鈣粉料。
鈦酸酯偶聯的用量，約為碳酸鈣質量的0.5－3.0％［4］。
鈦酸酯偶聯劑處理後的重鈣粉，與聚合物分子有很好的相容性。由於它能在碳酸分子和聚合物分子之間形成分子架橋，增加了有機聚合物或樹脂與碳酸鈣之間的相互作用，相應提高了熱塑性複合材料的力學效能，如衝擊強度、拉伸強度、彎曲強度以及伸長率等［5］。
1.2.2鋁酸酯偶聯劑：
鋁酸酯偶聯劑的改性方法，與其他各種偶聯劑的改性方法類似。將重鈣粉料置於100－130℃的改性裝置中，邊攪拌邊烘乾，約十多分鐘，然後分三次加入計量的偶聯劑。每次間隔2－3min，加完後，再攪拌5min即可。
鋁酸酯偶聯劑的用量，大約是面酸鈣質量的1％－2％。
鋁酸酯偶聯劑對生鈣的改善效果，與鈦酸偶聯劑的相當，優於硬酯酸及其鹽。另外，鋁酸酯偶聯劑**低廉，顏色淺，不影響產品的白度。
2.實驗部分
2.1實驗試樣與裝置重質碳酸鈣，浙江省長興縣方解石微粉****產，平均粒徑3.72um;硬酯酸，溫州化學用料廠產。
鈦酸酯偶聯劑，南京曙光化工廠產；液體石蠟，江蘇宜興市瑞運化工****產。
改性裝置，自製；橡膠強力試驗機，上海非金屬試驗機廠產。2.2實驗方法
用硬酯酸改性：將重鈣粉在100－110℃下乾燥，投入改性裝置中，在不斷攪拌的同時，將硬酯酸加入，再高速強烈攪拌30min.
用鈦酸酯偶聯劑改善性：將重粉在105－110℃下烘乾2h，投入改性裝置中，將稱量好的鈦酸酯偶聯劑用液體石蠟稀釋，控制混合機的溫度，將鈦酸酯偶聯劑和液體石蠟的混合物均勻地噴灑在重鈣粉料上，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徵這一效能的重要措施。對粒子潤濕性好的液體，粒子在其中必有好看分散性，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，沉積物鬆軟，體積較大。因此，可選用活化指數先評價改性效果。
本文主要改性劑加入量對改性效果的影響。
3.1鈦酸酯偶聯劑改性效果控制改性溫度為70℃，改性時間30min。只改變鈦酸酯偶聯劑的入量，得到活化指數隨改性劑加入量的變化關係（見圖）。
由圖可見，隨著鈦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，隨著鈦酸酯偶聯劑的加入，碳權鈣表面由親水漸變為親油，活化指數增大。
當鈦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［6］。
圖（１）鈦酸酯偶聯劑用量對活化指數的影響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。
圖（2）硬酯酸用量對活化指數的影響
3.3改善性碳酸鈣填充ｐｖｃ塑料的力學效能碳酸鈣表面結構，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，是使兩種物質介面形成良好的結合作用。
不同的改性劑改性後的產品，這種結合作用也是有差別的。將上科性碳酸鈣產品填充到ｐｖｃ塑料中去，比較其力學效能，結果見表1。
表１力學效能比較
從力學效能的對比可看出，鈦酸酯偶聯劑的改性效果明顯好於硬酯酸的改性效果。由於鈦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；並且鈦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，製品具有很好的彈性和抗衝擊效能動［7］。
輕質碳酸鈣與重質碳酸鈣的區別
輕質碳酸鈣 light calcium carbonate 又稱沉澱碳酸鈣 precipitated calcium carbonate，簡稱pcc 是將石灰石等原料段燒生成石灰 主要成分為氧化鈣 和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳 主要成分為氫氧化鈣 然後再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉澱，...
重質碳酸鈣的實際用途
中利精細化工 生產技術部 通常用作填料，還廣泛用於人造地磚 橡膠 塑料 造紙 塗料 油漆 油墨 電纜 建築用品 食品 醫藥 紡織 飼料 牙膏等日用化工行業，作填充劑起到增加產品的體積，降低生產成本。用於橡膠中，可增加橡膠的體積，改善橡膠的加工性，起半補強或補強作用，並可調節橡膠的硬度 1.橡膠行業用...
重碳酸鈣用途
7.防火天花板行業重鈣粉 防火天花板用重質碳酸鈣 重鈣粉 600目,白度要求 95 碳酸鈣含量 98.5 碳酸鈣在防火天花板生產過程中需要用到,可以提高產品的白度和亮度,而且防火效能也會增加.8.人造大理石行業用重鈣粉 人造大理石用重質碳酸鈣 重鈣粉 325目,白度要求 95 碳酸鈣含量 98.5 ...