碳酸鈣是一種重要的、用途廣泛的化工原料，作為補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑被廣泛應(yīng)用于橡膠、造紙、油墨、涂料、塑料、食品、化妝品等行業(yè)中，不僅能增加產(chǎn)品體積，節(jié)約母料，降低成本，而且能提高制品的物理性能、印刷性能和尺寸穩(wěn)定性等。

一、什么是重質(zhì)碳酸鈣

根據(jù)碳酸鈣生產(chǎn)方法的不同，可以將其分為輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣。

輕質(zhì)碳酸鈣又稱沉淀碳酸鈣，是用化學(xué)加工方法制得；重質(zhì)碳酸鈣又稱研磨碳酸鈣，是用機(jī)械方法直接粉碎天然的石灰石、方解石、白堊等制備。

重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣的粒度和表面特征存在差異，因而在使用效果上也會(huì)存在差別。

二、為什么要表面改性？

對(duì)重質(zhì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性的主要目的是：

1.降低重質(zhì)碳酸鈣的表面能，防止團(tuán)聚；

2.提高重質(zhì)碳酸鈣在基體中的分散性；

3.增強(qiáng)重質(zhì)碳酸鈣表面與基體的界面親和性；

4.提高改性重質(zhì)碳酸鈣的專用性和功能性。

三、重質(zhì)碳酸鈣的5大改性方法

為了使改性重質(zhì)碳酸鈣的填充效果達(dá)到要求，須要考慮其應(yīng)用領(lǐng)域、加工方式、共混對(duì)象，對(duì)不同的基體和應(yīng)用領(lǐng)域有針對(duì)性地選擇合適的改性劑和改性方法。接下來將根據(jù)重質(zhì)碳酸鈣表面處理工藝的不同，介紹國內(nèi)外現(xiàn)有的幾類表面改性方法和所選擇的改性劑。

物理涂覆改性

物理涂覆改性是將改性劑與重質(zhì)碳酸鈣以一定的比例混合，在分散力的作用下，改性劑通過范德華力或靜電引力等物理作用力吸附在重質(zhì)碳酸鈣表面，形成單層、雙層或多層包覆層。

為了克服傳統(tǒng)分散劑的不足，增大物理結(jié)合力，國外從20世紀(jì)70年代開始開發(fā)了一類新型的超分散劑。

與傳統(tǒng)表面活性劑相比，超分散劑有如下優(yōu)點(diǎn)：

①與重質(zhì)碳酸鈣顆粒表面結(jié)合力更強(qiáng)，幾乎不會(huì)發(fā)生解吸；

②聚合物的長分子鏈可以更有效地防止重質(zhì)碳酸鈣粒子的再次團(tuán)聚。

這些優(yōu)點(diǎn)為超分散劑改性重質(zhì)碳酸鈣在填充塑料、顏料、油墨、涂料等行業(yè)中的廣泛應(yīng)用帶來了前景。

表面化學(xué)改性

表面化學(xué)改性是指通過一定的方法，利用改性劑分子中的官能團(tuán)和重質(zhì)碳酸鈣粉體表面的活性點(diǎn)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附，使改性劑包覆在重質(zhì)碳酸鈣顆粒的表面，增強(qiáng)重質(zhì)碳酸鈣與填充有機(jī)基體的相容性和分散性，從而改善復(fù)合材料的加工性能和物理力學(xué)性能。

表面化學(xué)改性主要包括：

（1）偶聯(lián)劑改性

（2）復(fù)合偶聯(lián)改性劑改性

（3）聚合物包覆改性

（4）有機(jī)物改性

機(jī)械力化學(xué)改性

機(jī)械力化學(xué)改性是利用粉碎、摩擦等機(jī)械手段，使重質(zhì)碳酸鈣粉體的晶格發(fā)生位移、晶型發(fā)生變化，與此同時(shí)體系溫度升高，內(nèi)能增大。

大顆粒的碳酸鈣粒子不斷分解成較小甚至微米級(jí)、納米級(jí)的重質(zhì)碳酸鈣顆粒，增強(qiáng)重質(zhì)碳酸鈣顆粒表面的化學(xué)活性，易與改性劑發(fā)生化學(xué)結(jié)合或附著，使重質(zhì)碳酸鈣顆粒的內(nèi)能降低，處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，達(dá)到表面改性的目的。

在重質(zhì)碳酸鈣的工業(yè)生產(chǎn)中，研磨粉碎和表面改性一般是分開進(jìn)行，若在重質(zhì)碳酸鈣粉碎的過程中同時(shí)加入改性劑對(duì)其表面進(jìn)行改性，不僅能利用粉碎的物理機(jī)械力來增強(qiáng)表面改性效果，還可防止重質(zhì)碳酸鈣顆粒過細(xì)而導(dǎo)致的團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生。

此外，改性劑本身是一種優(yōu)良的潤滑劑和分散劑，加入后會(huì)使顆粒間的摩擦減小，有助磨的功效，對(duì)設(shè)備也起到了保護(hù)作用，使利用機(jī)械力化學(xué)改性重質(zhì)碳酸鈣的工藝流程簡單化，改性效果和效率優(yōu)良化。

表面沉積改性

表面沉積改性是采用合適的方法將改性劑沉淀在重質(zhì)碳酸鈣的表面，是無機(jī)礦物顏料表面改性最常用的方法之一。

適合工業(yè)化生產(chǎn)，工藝流程簡單，通過控制反應(yīng)條件，可以獲得合適的粒徑和純度。

高能表面改性

高能表面改性是指采用強(qiáng)度較高、能量較集中的輻照、等離子體、超聲波等方式，對(duì)重質(zhì)碳酸鈣表面進(jìn)行改性處理的一種方法。

作用時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波和分散力能夠削弱顆粒間的相互作用，可以有效地防止顆粒間的團(tuán)聚，有利于重質(zhì)碳酸鈣的分散，但是此技術(shù)的改性效果不太穩(wěn)定，成本較高，操作較復(fù)雜，因而在實(shí)際生產(chǎn)中還很難得到廣泛的應(yīng)用。