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1,、前言
何為粉體表面改性技術(shù)？用物理,、化學(xué),、機(jī)械等方法對(duì)粉體材料表面或界面進(jìn)行處理，有目的地改變粉體材料表面物理化學(xué)性質(zhì)的科學(xué)手段,。
粉體表面改性技術(shù),，能改變碳酸鈣粉分散性差，與有機(jī)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(yīng)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(jī)理看,，大致可以分兩種,，一種是化學(xué)作用，一種是物理作用,。表面化學(xué)作用,，如官能團(tuán)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(yīng),，當(dāng)填料完全被潤濕時(shí)，碳酸鈣的高能表面會(huì)發(fā)生物理吸附,，該能量高于塑料內(nèi)聚黏結(jié)強(qiáng)度,。
3、碳酸鈣表面改性的目的
一般而言,，對(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性,，主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)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(zhì)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(shù)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(shè)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(xì)化是碳酸鈣發(fā)展和應(yīng)用的趨勢,，但粒徑越小,，表面能越高，粒子吸附作用越強(qiáng),，團(tuán)聚現(xiàn)象也就越嚴(yán)重,，最終導(dǎo)致碳酸鈣無法應(yīng)用。如果對(duì)超細(xì)碳酸鈣進(jìn)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(tuán)聚,，從而在基體中實(shí)現(xiàn)良好的分散。
以改善碳酸鈣與其他物質(zhì)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(qiáng),，與有機(jī)聚合物相容和分散性較差，易造成復(fù)合材料出現(xiàn)界面缺陷,，降低材料的機(jī)械強(qiáng)度,。表面改性能讓碳酸鈣完成“親油疏水”的轉(zhuǎn)變，可增大碳酸鈣與有機(jī)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(fù)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(jié)合界面,，從而達(dá)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(jī)理為：帶有親無機(jī)物基團(tuán)的一段與納米碳酸鈣表面的官能團(tuán)反應(yīng),，形成化學(xué)鍵,；帶有親有機(jī)物基團(tuán)的另一端則與聚合物分子鏈發(fā)生反應(yīng),。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(tuán),，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(shí)可以認(rèn)為脂肪酸鈣沉淀在碳酸鈣表面形成了一層膜,，對(duì)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(jié)構(gòu)增強(qiáng)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(yīng),，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(jī)制中分散，從而使納米碳酸鈣的親水性向親油性轉(zhuǎn)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(jī)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(duì)碳酸鈣的表面進(jìn)行改性,。
在碳酸鈣表面改性技術(shù)中,，改性劑是實(shí)現(xiàn)粉體表面改性預(yù)期目的的關(guān)鍵，但改性劑種類繁多,，且具有很強(qiáng)的針對(duì)性,，實(shí)際運(yùn)用技術(shù)復(fù)雜多變,。因此，系統(tǒng)學(xué)習(xí)改性知識(shí),，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(huì)將在河南·南陽舉行,，屆時(shí)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院教授鄭水林將在大會(huì)上做《碳酸鈣粉體表面改性》主題報(bào)告，詳細(xì)闡述重質(zhì)碳酸鈣,、輕質(zhì)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(shí)和研究成果,，為活性鈣生產(chǎn)和應(yīng)用企業(yè)解疑答惑。
專家介紹
鄭水林,，工學(xué)博士,，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）教授/博士生導(dǎo)師；中國硅酸鹽學(xué)會(huì)常務(wù)理事,、礦物材料分會(huì)理事長,；中國顆粒學(xué)會(huì)常務(wù)理事、顆粒制備與處理專委會(huì)副主任,；中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)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(quán)發(fā)明專利50多項(xiàng)；獲省/部級(jí)科技一等獎(jiǎng)2項(xiàng),、二等獎(jiǎng)4項(xiàng),、優(yōu)秀圖書一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、綠色礦山（2019）突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng),；科學(xué)中國人【2017】年度人物,。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光）
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