碳酸鈣是目前高聚物基復(fù)合材料中用量最大的無(wú)機(jī)填料，優(yōu)點(diǎn)是原料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜、無(wú)毒性。但由于碳酸鈣填料為無(wú)機(jī)粉體，與有機(jī)高分子的相容性差，直接添加到高分子材料中難以均勻分散，還會(huì)影響材料的加工性能和力學(xué)性能，因此，一般在填充高分子材料之前要對(duì)其進(jìn)行表面改性處理。
目前，表面改性已成為碳酸鈣（包括輕質(zhì)碳酸鈣、納米碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣）最重要和必須的深加工技術(shù)之一，其方法主要是化學(xué)包覆，輔之以機(jī)械力化學(xué)；使用的表面改性劑包括硬脂酸（鹽）、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑等。
1、硬脂酸（鹽）
硬脂酸（鹽）是碳酸鈣最常用的表面改性劑。其改性工藝可以采用干法，也可以采用濕法。一般濕法工藝要使用硬脂酸鹽，如硬脂酸鈉。
（1）干法工藝
硬脂酸干法處理碳酸鈣的工藝流程：先將碳酸鈣進(jìn)行干燥，除去水份（如果碳酸鈣的水份含量小于1%可以不進(jìn)行干燥），然后加入計(jì)量配置好的硬脂酸在表面改性機(jī)中完成碳酸鈣粉體的表面改性。采用連續(xù)式粉體表面設(shè)備時(shí)，物料和表面改性劑是連續(xù)同步給入的，硬脂酸可以直接以固體粉狀添加，用量依粉體的粒度大小或比表面積而定，一般為碳酸鈣質(zhì)量的0.8%-1.2%；在高速混合機(jī)、臥式槳葉混合機(jī)及其他可控溫混合機(jī)中進(jìn)行表面包覆改性時(shí)，一般為間歇操作，首先將計(jì)量和配制好的物料和硬脂酸一并加入改性機(jī)中，攪拌混合15-60min即可出料包裝，硬脂酸的用量為碳酸鈣質(zhì)量的0.8%-1.5%左右，反應(yīng)溫度控制在100℃左右。
為了使硬脂酸更好地分散和均勻地與碳酸鈣粒子作用，也可以預(yù)先將硬脂酸用溶劑（如無(wú)水乙醇）稀釋。改性時(shí)也可適量加入其他助劑。
（2）濕法工藝
濕法改性是在水溶液中對(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性處理。一般工藝過(guò)程是先將硬脂酸皂化，然后加人碳酸鈣漿料中，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的反應(yīng)后，進(jìn)行過(guò)濾和干燥。
碳酸鈣在液相中的分散比在氣相中的分散較為容易。另外，通過(guò)加入分散劑，使其分散效果更好，因此，在液相中碳酸鈣顆粒與表面改性劑分子的作用更均勻。當(dāng)碳酸鈣顆粒吸附了硬脂酸鹽后，表面能降低，即使經(jīng)壓濾、干燥后形成二次粒子，其團(tuán)聚結(jié)合力減弱，不會(huì)形成硬團(tuán)聚，用較小的剪切力即可將其重新分散。雖然常溫下也可進(jìn)行濕法表面改性，但反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，因此，一般都要加溫進(jìn)行表面改性，改性溫度一般為50-100℃左右。
濕法表面改性一般用于輕質(zhì)碳酸鈣及濕法研磨的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的表面改性。
除了硬脂酸（鹽）外，其他脂肪酸（酯），如磷酸鹽和磺酸鹽等也可用于碳酸鈣的表面改性。用一種特殊結(jié)構(gòu)的多聚磷酸酯（ADDP）對(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性后，碳酸鈣粒子表面疏水親油，在油中的平均團(tuán)聚粒徑減小，將改性的碳酸鈣填充于PVC塑料體系可顯著改善塑料的加工性能和力學(xué)性能。
用脂肪酸（鹽）改性處理后的活性碳酸鈣主要應(yīng)用于填充聚氯乙烯塑料、電纜材料、膠粘劑、油墨、涂料等。
2、偶聯(lián)劑
用于碳酸鈣表面改性的偶聯(lián)劑主要是鈦酸酯和鋁酸酯偶聯(lián)劑，或者是復(fù)合偶聯(lián)劑。經(jīng)偶聯(lián)劑處理后的碳酸鈣（包括輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣），除了用作硬質(zhì)的聚氯乙烯的功能填料外，還廣泛用做膠粘劑、油墨、涂料等的填料和顏料。
（1）鈦酸酯偶聯(lián)劑
為了提高鈦酸酯偶聯(lián)劑與碳酸鈣作用的均勻性，一般用惰性溶劑，如液體石蠟（白油）、石油醚、變壓器油、無(wú)水乙醇等進(jìn)行溶解和稀釋。鈦酸酯偶聯(lián)劑用量依碳酸鈣的粒度和比表面積而定，一般為0.5%-3.0%。碳酸鈣的改性溫度盡可能在偶聯(lián)劑閃點(diǎn)以下，一般為100-120℃。鈦酸酯偶聯(lián)劑和惰性溶劑混合后以噴霧或滴加形式加入高速混合機(jī)中，這樣可以更好地與碳酸鈣顆粒分散混合，進(jìn)行表面化學(xué)包覆。如采用連續(xù)式的表面改性設(shè)備，也可以不用溶劑預(yù)先對(duì)鈦酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行稀釋。
用鈦酸酯偶聯(lián)劑處理后的碳酸鈣，與聚合物分子有較好的相容性。同時(shí)，由于鈦酸酯偶聯(lián)劑能在碳酸鈣分子和聚合物分子之間形成分子架橋，增強(qiáng)了有機(jī)高聚物或樹(shù)脂與碳酸鈣之間的相互作用，可提高熱塑料填充復(fù)合材料的力學(xué)性能，如沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及伸長(zhǎng)率等。用鈦酸酯偶聯(lián)劑表面包覆改性的碳酸鈣和未處理的碳酸鈣填料或硬脂酸（鹽）處理的碳酸鈣相比，各項(xiàng)性能均有明顯提高。
（2）鋁酸酯偶聯(lián)劑
鋁酸酯偶聯(lián)劑已廣泛應(yīng)用于碳酸鈣的表面處理和填充塑料制品，如PVC、PP、PE及填充母粒等制品的加工中。
研究表明，經(jīng)鋁酸酯處理后的輕質(zhì)碳酸鈣在可使碳酸鈣/液體石蠟混合體系的黏度顯著下降，說(shuō)明改性后的碳酸鈣在有機(jī)介質(zhì)中的分散性良好。
此外，表面改性活化后的碳酸鈣可顯著提高CaCO3/PP（聚丙烯）共混體系的力學(xué)性能，如沖擊強(qiáng)度、韌性等。
對(duì)于同一種碳酸鈣填料，使用不同的偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性處理，填充后的效果也會(huì)有所差別。
3、聚合物
采用聚合物對(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性，可以改進(jìn)碳酸鈣在有機(jī)或無(wú)機(jī)相（體系）中的穩(wěn)定性。這些聚合物包括低聚物、高聚物和水溶性高分子，如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚馬來(lái)酸、聚丙烯酸、烷氧基苯乙烯一苯乙烯磺酸的共聚物、聚丙烯、聚乙烯等。
聚合物表面包覆改性碳酸鈣的工藝可分為兩種，一是先將聚合物單體吸附在碳酸鈣表面，然后引發(fā)其聚合，從而在其表面形成聚合物包覆層；二是將聚合物溶解在適當(dāng)溶劑中，然后對(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性，當(dāng)聚合物逐漸吸附在碳酸鈣顆粒表面上時(shí)排除溶劑形成包膜。這些聚合物定向吸附在碳酸鈣顆粒表面，形成物理、化學(xué)吸附層，可阻止碳酸鈣粒子團(tuán)聚，改善分散性，使碳酸鈣在應(yīng)用中具有較好的分散穩(wěn)定性。
