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碳酸钙5大表面改性方法

文字:[大][中][小] 2020-6-9    浏览次数:97    

表面改性是改善碳酸钙应用性能、提高适用性、拓展市场和用量所必须的重要加工技术,目前主要有无机物表面处理、有机物表面改性、聚合物表面改性、机械力化学改性和高能表面改性等5大类方法。


1、碳酸钙无机物表面处理

碳酸钙具有耐酸性差、pH值高的缺点,从而使其适用范围和使用量受到了很大程度的限制。将碳酸钙通过无机表面改性处理,可使得碳酸钙表面产生双静电层,从而降低了颗粒之间的相互排斥作用,减少了堆积现象的产生。与此同时,增加了碳酸钙的亲水性,使碳酸钙在水中能够被良好的润湿,从而增加了分散性能,扩大了适用范围。

Do Su Kim等通过硅氟酸根离子的水解使非晶态的硅在碳酸钙表面沉淀析出,提高了碳酸钙的耐酸性。

2、碳酸钙有机物表面改性

有机物改性主要指通过化学或物理的方法,将有机物改性剂包裹在碳酸钙表面,使碳酸钙表面性质发生改变,从而达到增加界面相容性,减少粉体相互团聚,是碳酸钙最主流的表面改性方法。

常用的表面改性剂主要有:脂肪酸(盐)、磷酸酯类、季铵盐类、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂以及复合偶联剂等。

3、碳酸钙聚合物表面改性

聚合物表面改性是指在碳酸钙粒子表面形成一层核壳结构的高聚物层。聚合物改性碳酸钙主要有两种情况:一种是在碳酸钙表面单体通过聚合反应形成高分子链段;另一种为将聚合物溶解在适当的溶剂中形成高分子溶液,并向其中加入碳酸钙,当高聚物逐渐吸附到碳酸钙表面之后将溶剂清除,形成包覆。这样聚合物可以定向吸附到碳酸钙表面,形成有效的吸附层,减少碳酸钙粒子的团聚现象,提高分散性,改善碳酸钙在使用过程中的分散性能不佳的缺点,达到表面改性的目的

邬润德等利用烯烃类单体在无机引发剂过硫酸钾的作用下进行纳米碳酸钙表面的原位聚合,改善了纳米碳酸钙的性能。

4、碳酸钙机械化学改性

机械化学改性主要是利用强烈的机械力的作用使碳酸钙粒子的表面得到激活,碳酸钙表面的晶体结构发生改变,使得晶格在一定程度上发生移动,从而与其他物质之间的反应活性得到增强。

通过采用苯乙烯单体聚合接枝的方法,Wu Wei等利用机械化学法促进苯乙烯单体在碳酸钙表面发生聚合,减少了引发剂的用量,而且提高了高抗冲击性聚苯乙烯(HIPS)的力学性能,增加了填料与基体之间的相容性。

这种方法主要针对于颗粒比较大的碳酸钙效果好,但对于纳米碳酸钙来说,由于其粒径小,机械力对它的改善效果不是很好,但是却可以激活表面的一些活性位点和基团,能够增强与有机表面改性剂的相互作用,故可以采用机械化学和其他改性手段相结合的方法改性纳米碳酸钙。

5、碳酸钙高能表面改性

高能表面改性主要利用高能射线、等离子体等方式对无机粉体表面改性处理。该方法主要依靠具有高能量的射线及等离子体源对碳酸钙进行表面的轰击和触碰,使碳酸钙表面上产生了一些具有反应活性的位点,然后加入不饱和的单体(如乙烯基单体),不饱和单体能够与表面的活性位点发生反应,在无机粒子表面形成一层包覆的有机膜。

但这种方法的成本高、改性之后的效果也不是很稳定,应用得到一定程度的限制。

来源:雷鹏飞.碳酸钙涂层填充剂的表面改性及应用研究[D].浙江理工大学,2018.


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