铝酸酯偶联剂丨碳酸钙为什么要进行表面改性？
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发布日期： 2021-06-16 10:01
铝酸酯偶联剂丨碳酸钙为什么要进行表面改性？
碳酸钙表面改性是提升它的应用性能、提高适用性、拓展市场和用量所必须的重要手段，未来功能化、专用化将成为碳酸钙发展的主要趋势。
一、碳酸钙为什么要进行表面改性？
（1）提高碳酸钙分散性
超细化是提升碳酸钙品质的重要途径，但碳酸钙的粒径越小，则表面能越高，吸附作用越强，团聚现象就越严重。通过表面改性，可使改性剂定向吸附在碳酸钙表面，使其表面具有电荷特性，由于同种电荷的排斥性，碳酸钙就不易团聚，从而在基体中实现良好的分散。
（2）改善碳酸钙相容性
通过表面改性，可增大碳酸钙与有机体的界面相容性及亲和性，从而提高其与橡胶或塑料等复合材料的产品性能。
例如：用钛酸酯偶联剂处理后的碳酸钙，与聚合物分子有较好的相容性。同时，由于钛酸酯偶联剂能在碳酸钙分子和聚合物分子之间形成分子架桥，增强了有机高聚物或树脂与碳酸钙之间的相互作用，可显著提高热塑料复合材料等的力学性能，如冲击强度、拉伸强度、弯曲强度以及伸长率等。
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（3）降低碳酸钙吸油值
表面改性可以有效的降低粉体吸油值。碳酸钙经过表面改性后，聚集态颗粒减少，分散度提高，颗粒间空隙减少，同时改性分子对碳酸钙表面的覆盖又使颗粒内的空隙减小，而且这一覆盖还改变了碳酸钙的表面性能，使其表面极性减弱，颗粒间摩擦力变小，润滑性变得更好，故堆积得更加紧密，堆积密度增大，吸油值减小。
（4）拓宽碳酸钙高端应用市场
未经表面改性的碳酸钙，相容性差，易团聚，应用效果不佳，并且随着用量的增加，这些缺点更加明显。通过表面改性，碳酸钙界面亲和性良好，吸油值降低，可更好地应用于塑料、涂料、橡胶、造纸、密封胶、透气膜等高端领域，提高产品品质，同时进一步降低应用企业的生产成本。
（5）赋予碳酸钙更多功能特性
未经表面改性的碳酸钙，只能作为传统的填充材料，其应用领域和用量都会受到一定的限制。通过表面改性，碳酸钙则摇身一变成了多功能的改性剂。表面包覆二氧化硅的碳酸钙，可部分代替白炭黑及补充白炭黑在某些性能上的不足；表面包覆金属的轻质碳酸钙，可提高橡胶制品的某些特殊性能；表面包覆二氧化钛的碳酸钙复合材料，可在一定程度上可替代钛白粉；用磷酸盐、铝酸盐、硅酸盐或钡盐处理等处理，可制备耐酸型碳酸钙。
二、改性碳酸钙粉应用领域
（1）聚氯乙烯（PVC）
改性碳酸钙与普通碳酸钙相比，颗粒以原生态粒子状态均匀分布，不团聚，与PVC树脂具有极好的相容性和分散性，易塑化，不粘辊，加工性能优良，有利于提高加工效率，而且制品的断裂强度及断裂伸长率明显提高，物理机械性能良好。
（2）高密度聚乙烯（HDPE）
采用铝酸酯偶联剂对重质碳酸钙进行机械化学改性，铝酸酯偶联剂在碳酸钙粒子表面发生了一定的键合作用，改性后碳酸钙颗粒分散性明显提高；随着高密度聚乙烯（HDPE）中改性碳酸钙用量的提高，复合材料磨耗量和摩擦功减小，抗摩擦性能提高；在用量为8phr时，复合材料力学性能最佳，拉伸强度和冲击强度分别提高了4.46%、24.57%。
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（3）低密度聚乙烯（LDPE）
采用硬脂酸（用量为1.5%）和DL-411铝酸酯（用量为0.5%时），改性碳酸钙的活化指数为99.71%、吸油值为46.19mL/100g、最终的沉降体积为2.3mL/g、10g改性碳酸钙与100mL液体石蜡混合物的黏度为4.4Pa·s。将改性碳酸钙填充到低密度聚乙烯（LDPE）中，当改性碳酸钙含量为10%时，复合材料具有较好的力学性能。
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（4）聚酯（PBAT）
采用双层偶联剂包覆法对碳酸钙进行表面改性，改性后的碳酸钙填充量可达到50%，且复合材料制品的综合力学性能良好。在复合材料中，改性碳酸钙粒子完全被PBAT树脂基体浸润包覆，没有溶出现象，同时提高了两者之间的相互流动性。
（5）辐射交联三元乙丙橡胶（EPDM）
采用具有不饱和官能团的钛酸酯偶联剂105对碳酸钙原位改性，改性碳酸钙分散性得到了提高；在辐射交联EPDM中，改性碳酸钙表面通过油酸集团与EPDM产生了化学反应，使碳酸钙参与到EPDM的交联网络中，提高了复合材料的拉伸强度、100%定伸应力和邵尔A硬度，使碳酸钙在辐射交联EPDM中具有了补强性。
（6）聚乳酸（PLA）
通过偶联剂对碳酸钙进行表面改性，使碳酸钙比表面积加大，因而与基体接触面积增大，受到应力时会产生更多的银纹和塑性变形区，吸收大量的能量，从而达到增韧、增强的目的。
（7）PVC涂层织物
改性重质碳酸钙能够改善聚氯乙烯糊树脂配混料体系的相容性，在与普通重钙同等使用量的情况下，能够获得比较低的粘度，增强与聚酯基布的粘合作用，可以减少粘接剂的用量，同时能够改善涂层材料的手感，在增加40%使用量的情况下，对材料的加工性能、物理机械性能、热焊接性能没有不利的影响。
（8）聚氯乙烯（PVC）消防管
与普通碳酸钙相比，改性碳酸钙颗粒以原生粒子状态均匀分布，不团聚，其中部分以纳米粒子状态存在，因此填充于聚氯乙烯（PVC）消防管中，不仅能改善体系的加工性能，而且赋予制品较好的物理机械性能，达到增韧补强的效果。
（9）PVC电缆料和阻燃母粒
利用铝酸酯、钛酸酯偶联剂、硬脂酸改性重质碳酸钙，并将此重质碳酸钙复合填料用于制备PVC电缆料和阻燃母粒，性能优良，而复合改性剂的使用将成为重质碳酸钙表面改性的发展趋势之一。
（10）塑料薄膜
碳酸钙在薄膜中的应用相当广泛，经表面处理后的碳酸钙多以表面吸附、物理缠绕、范德华力等形式与基础树脂结合，分散较均匀，膜性能较好。
（11）粉末涂料
改性碳酸钙在粉末涂料中起骨架作用，可增加涂膜厚度，提高涂层的耐磨性和耐久性。一般改性碳酸钙要比其他的无机填料价格第，故可降低粉末涂料的成本，同时提高其上粉率和喷涂面积。
（12）油墨
用改性碳酸钙配制的油墨身骨及黏性比较好，具有良好的印刷性能，干燥快，而且没有副作用。由于颗粒小，用于油墨产品中表现出优异的分散性、透明性、极好的光泽和遮盖力，以及优异的油墨吸收性和干燥性，因此印品细腻、网点完整。尤其是在油墨广泛采用树脂连接料后，改性碳酸钙以其优异的稳定性，几乎已经取代其他填料了。
（13）人造岗石
经表面改性后的碳酸钙，吸油值低，是人造石材的重要原料。
（14）复合导电粉体
通过对碳酸钙进行包覆改性，可提高其在酸性环境中的耐酸性能；之后再将碳酸钙与聚苯胺复合制备复合导电粉体，不仅可以赋予碳酸钙良好的导电性，还能改善单质聚苯胺难以加工成型的缺陷，具有广阔的应用前景。
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