重質碳酸鈣在機械粉碎過程中產生的Ca2+和CO32-不飽和質點容易和吸附的水分子發(fā)生反應產生羥基，使得重質碳酸鈣具有親水性，但是有機聚合物親油疏水，兩者表面性質相反導致重質碳酸鈣在有機聚合物基體中的相容性差，分散不均勻，界面結合力弱，致使高聚物基復合材料在使用過程中容易產生界面缺陷，使用性能下降，因此必須對重質碳酸鈣進行表面有機改性。
為此，粉體技術網(wǎng)特意整理了10種重質碳酸鈣表面改性配方，改性工藝涉及濕法、干法，改性劑包括偶聯(lián)劑、硬脂酸、桐酸酸酐水解物、聚乙二醇、硅油、高分子乳液、雙棕櫚酰酒石酸二酯、表面活性劑類等，具體如下：
配方一：氣流粉碎與表面改性一體化處理
改性劑：鈦酸酯偶聯(lián)劑，改性劑溶液中鈦酸酯偶聯(lián)劑的質量分數(shù)為50%，溶劑為無水乙醇。改性方法：采用氣流粉碎與表面改性一體化處理方式，先將1.5kg的重鈣顆粒加入氣流粉碎腔中，然后采用蠕動泵將改性劑溶液通過霧化噴嘴噴入改性腔中，同時開啟超音速粉碎噴嘴用高壓空氣，對粉碎腔中的重鈣顆粒進行粉碎，實現(xiàn)重鈣顆粒氣流粉碎同時表面改性處理的目的。每5min后對粉碎得到的超細重鈣粉進行稱重，然后在粉碎腔中添加相同質量的重鈣粉以保持粉碎腔中的重鈣粉質量不變。30min后結束粉碎與改性一體化實驗。測試與表征：采用粉碎出料速率來評價重鈣顆粒的氣流粉碎效果，在相同的分級輪轉速條件下，粉碎出料速率越快，表明重鈣顆粒粉碎能耗越低，粉碎效果越好。采用粉體的粒度分布來研究改性過程對重鈣超細粉粒度是否有影響，當重鈣粉體的粒度變化不大的情況下，其出料速率越快，表明粉碎效果越好。采用超細重鈣-液體石蠟體系的黏度來評價重鈣粉表面改性的效果，黏度越低，表明超細重鈣粉與有機基體相容性更好，其在有機基體中更容易分散均勻，其表面改性效果也越好。改性效果：在氣流粉碎的同時進行表面改性處理，可以提高超細重鈣粉的出料速率，當粉碎氣流溫度為60℃，改性劑溶液中偶聯(lián)劑的質量分數(shù)為50%，改性劑溶液流量為1.5mL/min時，重鈣顆粒的粉碎出料速率由21.0g/min提高到56.7g/min，出料速率提高了170%；在氣流粉碎的同時進行表面改性處理，可以得到與有機基體具有良好相容性的重鈣粉；在氣流粉碎的同時進行表面改性處理，表面改性過程對超細重鈣粉的粒度影響不明顯，其粒度主要是由分級輪轉速來決定。
配方二：桐酸酸酐水解物干法改性
改性劑：以桐油酸為原料，與順丁烯二酸酐經(jīng)過Diels-Alder反應，合成桐酸酸酐，將其水解得到具有多作用點的三羧基桐酸酸酐水解物改性劑。改性方法：（1）桐酸酸酐水解物的合成：在三口燒瓶內加入20.0g桐油酸，不斷攪拌下加熱到65℃并恒溫，開始加入3.6g順丁烯二酸酐，當順酐全部溶解后，升溫至140℃左右，反應90min，得到棕黃色黏稠的桐酸酸酐；將桐酸酸酐溶于一定量的丙酮中配成丙酮溶液，加入適量的水將酸酐水解，室溫靜置30min后，即得到桐酸酸酐水解物。（2）采用干法改性重質碳酸鈣：將100g重質碳酸鈣干粉加入高速分散機中，升溫至50℃，滴加一定質量的桐酸酸酐水解物的丙酮溶液，滴畢充分混合攪拌15min，改性完成后干燥至恒質量，粉碎，200目過篩，即得到改性的重質碳酸鈣。測試與表征：活化度、吸油值、接觸角、黏度，并制備碳酸鈣/PVC復合材料測試性能。改性效果：桐酸酸酐水解物用量為碳酸鈣1.5%（質量分數(shù)），對碳酸鈣具有最佳改性效果，活化度可達83.40%，吸油值降為28.29mL/100g，黏度降低46.36%，水的接觸角為99°。改性碳酸鈣填充到PVC材料中，可使復合材料的缺口沖擊強度由8.455kJ/m2增加到10.216kJ/m2，斷裂伸長率由16.12%增加到24.52%，改性碳酸鈣對PVC材料起到增韌的作用。
配方三：硬脂酸濕法研磨改性
改性劑：硬脂酸。改性方法：稱取900g粒度約為45μm的碳酸鈣干粉，配成固體質量分數(shù)為75%的漿料，加入硬酯酸，硬酯酸為碳酸鈣干粉質量的1%-3%。漿料在42℃時初始黏度為147mPa·s，靜止20min后黏度228mPa·s。碳酸鈣漿料體積約為600mL。在攪拌分散機中以1000r/min的速度攪拌90min。停止攪拌，取出漿料，置于180℃的干燥箱中烘干，烘干后取出改性塊體，采用粉碎機高速粉碎3min，得到改性的碳酸鈣干粉。測試與表征：粒度、表面活化度、吸油值、白度。改性效果：常溫下可以實現(xiàn)重質碳酸鈣研磨改性一體化工藝，研磨后碳酸鈣顆粒的粒徑由45μm降至2μm。隨著硬脂酸的添加量逐漸增加，重質碳酸鈣的活化度增加，吸油值下降。當硬脂酸的添加量增至2%（質量分數(shù)）后，重質碳酸鈣的活化度超過98%，吸油值降至0.267g/g。重質碳酸鈣研磨改性一體化工藝有利于降低重質碳酸鈣的生產成本，增加產品的競爭力。
配方四：硬脂酸-鈦酸酯偶聯(lián)劑濕法球磨改性
改性劑：以硬脂酸和鈦酸酯偶聯(lián)劑為復合改性劑，無水乙醇為分散劑。改性方法：稱取15.0g重鈣粉體放入球磨罐中，按質量比稱取一定量硬脂酸、鈦酸酯偶聯(lián)劑放入球磨罐中，加入無水乙醇至恰好淹沒粉體為止，啟動球磨機對重鈣粉體進行球磨改性。改性后粉體放入干燥箱中于80℃干燥，冷卻至室溫，經(jīng)研磨得到改性產品。測試與表征：活化度、吸油值、沉降體積、粒度。改性效果：經(jīng)過單因素實驗和正交實驗得到優(yōu)化改性工藝條件為球磨時間為1.5h、球磨轉速為350r/min、改性劑用量為2.0%、改性劑配比為1:3。與未改性重鈣粉體相比，改性重鈣粉體的活化度提高了、吸油值降低了、沉降體積減小了、粒度減小了，改性效果良好。在優(yōu)化工藝條件下，改性重鈣粉體的活化度為99.4%、吸油值為14.27g（以100g改性重鈣粉體計）、沉降體積為1.08mL/g、粒度D50為1.58μm。
配方五：人造石材用重質碳酸鈣干法改性
改性劑：聚乙二醇-200、一縮二乙二醇、三乙醇胺和氨基硅油-804。改性方法：采用干法改性方法，稱取100g重質碳酸鈣粉體放入三口燒瓶中，并將三口燒瓶置于恒溫水浴鍋中，啟動電動攪拌器進行攪拌，待溫度升至95℃時，邊攪拌邊加入表面改性劑，加完后繼續(xù)在95℃攪拌反應30min，制得重質碳酸鈣改性粉體；待改性好的粉體冷卻后取樣進行測試和表征。測試與表征：吸油值、紅外光譜、熱重分析。改性效果：4種表面改性劑降低重質碳酸鈣填料吸油值的強弱順序為氨基硅油-804>聚乙二醇-200>三乙醇胺>一縮二乙二醇；同種改性劑，其用量不同時，吸油值不同，一般改性劑用量越大，吸油值越低；所用改性劑均與重質碳酸鈣粉體表面的官能團羥基發(fā)生了化學鍵合作用；氨基硅油-804用量達到1.00%時，改性后樣品的吸油值可達到0.115mL/g，熱重分析表明，其改性后樣品的熱穩(wěn)定性最好，熱分解溫度為325℃。
配方六：高分子乳液干法改性
改性劑：高分子乳液。改性方法：將碳酸鈣放入烘箱在110℃進行干燥24h，去除水分后，稱取一定質量的干燥的重質碳酸鈣粉加入到三頸燒瓶，放入80℃的水浴鍋中電動攪拌，轉速為500r/min，在三頸燒瓶中加入高分子乳液，電動攪拌50min，冷卻出料即為改性重質碳酸鈣。測試與表征：活化率、FT-IR、XRD、SEM、Zeta電位。改性效果：當改性溫度為80℃，改性時間為50min，轉速為500r/min，高分子乳液用量為咸豐重質碳酸鈣質量的3%時，改性碳酸鈣的活化率達90.8%，改性效果較好。利用FT-IR、XRD、SEM、Zeta電位對碳酸鈣進行表征，結果表明，高分子乳液已成功接枝到碳酸鈣表面。改性碳酸鈣的特征衍射峰向高角度偏移，但高分子乳液改性并未改變響碳酸鈣晶型。改性碳酸鈣的Zeta電位從14.1mV提高到29.8mV，粒徑較小，分散性有所增強。
配方七：硅橡膠用重質碳酸鈣改性
改性劑：γ－氯丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、硬酯酸鈉、鈦酸酯偶聯(lián)劑。改性方法：通過濕法進行接枝改性，稱取200g烘干處理的超細重質碳酸鈣放入圓底燒瓶中，用300g無水乙醇分散，在80℃的水浴鍋中加熱并攪拌10min，然后加入粉料質量2.5%的改性助劑，繼續(xù)在以上條件下反應60min后，趁熱過濾、洗滌、烘干，即得改性超細重質碳酸鈣粉體。測試與表征：傅里葉變換紅外光譜、熱失重分析儀和粒徑分析，硅橡膠流變性能及力學性能測試。改性效果：通過流變學數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)改性超細重質碳酸鈣較未改性超細重質碳酸鈣能夠很好地在硅橡膠中分散，與膠體相容性更好。因超細重質碳酸鈣在尺寸上不具有納米補強效果，表面處理后的超細重質碳酸鈣與硅橡膠作用力減弱，致使硫化后的硅橡膠的性能較未改性超細重質碳酸鈣有一定幅度降低。得益于KH-550的結構特點（氨基及烷氧基），KH-550處理的超細重質碳酸鈣不僅能夠在硅橡膠中分散良好，而且能夠與硅橡膠形成化學鍵，所制得的RTV硅橡膠因而具有最佳的力學性能。
配方八：雙棕櫚酰酒石酸二酯改性
改性劑：雙棕櫚酰酒石酸二酯。改性方法：（1）雙棕櫚酰酒石酸二酯的合成：取10.3g棕櫚酸于圓底燒瓶中，攪拌下緩慢滴入10mL氯化亞砜，滴加完畢后升溫至80℃反應3h至溶液呈透明狀。減壓旋蒸除去過量的氯化亞砜，加入5mL甲基叔丁基醚繼續(xù)旋蒸，得到棕黃色棕櫚酰氯。將棕櫚酰氯用二氯甲烷溶解后轉入三口燒瓶中，冰水浴條件下加入16.8mL三乙胺。稱取3.0g酒石酸，用丙酮加熱溶解后滴加到三口燒瓶中，完畢后升溫至室溫反應過夜。抽濾，濾液減壓旋蒸后成膏狀固體粗產品，丙酮重結晶2次，干燥后得到白色固體，即為目標產物雙棕櫚酰酒石酸二酯。（2）重質碳酸鈣改性：稱取一定量碳酸鈣粉末，加水攪拌形成漿液后置于恒溫水浴鍋中加熱，固定攪拌轉速為450r/min。待加熱到所需溫度時加入適當質量分數(shù)的改性劑，繼續(xù)恒定溫度攪拌反應一段時間。抽濾、烘干、研磨至粒徑＜250μm，得到碳酸鈣改性產品。測試與表征：吸油值、沉降體積、活化度。改性效果：雙棕櫚酰酒石酸二酯改性粒徑為10μm的重質碳酸鈣的最優(yōu)條件為改性劑用量為2.0%，改性時間為55min，改性溫度為60℃。在此條件下改性碳酸鈣的吸油值從0.2780mL/g下降到0.2039mL/g，沉降體積從1.3mL/g下降到0.3mL/g，活化度從0提高到98.58%，改性效果顯著。用雙棕櫚酰酒石酸二酯改性碳酸鈣與硬脂酸改性碳酸鈣相比，前者的吸油值、沉降體積都比后者更低，而且活化度更好，這說明具有雙疏水鏈、雙羧酸的雙棕櫚酰酒石酸二酯的改性效果比傳統(tǒng)單鏈的硬脂酸的改性效果要好。
配方九：聚丙烯用重質碳酸鈣改性
改性劑：鋁酸酯偶聯(lián)劑DL-411和硬脂酸鈉。改性方法：（1）鋁酸酯偶聯(lián)劑DL-411改性重質碳酸鈣，稱取30g重質碳酸鈣于250ml反應瓶中，加入一定量的水和乙醇攪拌均勻配成懸浮液，升溫；將鋁酸酯偶聯(lián)劑溶于適量無水乙醇中，于超聲清洗儀中分散均勻；待溫度至設定值，將鋁酸酯-醇溶液加入盛有重質碳酸鈣懸浮液的反應瓶中，攪拌反應一段時間；反應結束，產物用乙醇反復洗滌多次，抽濾分離，在50℃下真空干燥24h得最終產物鋁酸酯偶聯(lián)劑改性重質碳酸鈣。（2）硬脂酸鈉改性重質碳酸鈣，稱取30g重質碳酸鈣于250ml反應瓶中，加入一定量的水和乙醇攪拌均勻配成懸浮液，升溫；待溫度至設定值，將一定量硬脂酸鈉固體顆粒加入盛有重質碳酸鈣懸浮液的反應瓶中，攪拌反應一段時間；反應結束，產物用水、乙醇反復洗滌多次，抽濾分離，在50℃下真空干燥24h得最終產物硬脂酸鈉改性重質碳酸鈣。測試與表征：吸油值、沉降體積、接觸角，碳酸鈣/聚丙烯復合材料性能檢測。改性效果：硬脂酸鈉改性1250目重質碳酸鈣最佳條件為改性溫度25℃，m（碳酸鈣）:m（乙醇）:m（水）=3:1.5:3，硬脂酸鈉/重質碳酸鈣質量3.0%，攪拌速度400r/min，攪拌時間40min；硬脂酸鈉改性重質碳酸鈣吸油值和沉降體積降低約50.0%，接觸角為129.2°。鋁酸酯偶聯(lián)劑DL-411改性重質碳酸鈣最佳條件為改性溫度25℃，m（碳酸鈣）:m（乙醇）:m（水）=3:1.5:3，鋁酸酯偶聯(lián)劑/重質碳酸鈣質量2.0%，三乙胺/碳酸鈣質量0.5%，攪拌速度300r/min，攪拌時間2min；相比未改性碳酸鈣，鋁酸酯偶聯(lián)劑改性重質碳酸鈣吸油值降低47.0%，沉降體積降低45.8%，接觸角達136.3°。硬脂酸鈉改性重質碳酸鈣填充于PP中最佳填充量為20%，與原料PP相比，斷裂伸長率和沖擊強度提高12.5%、15.7%。鋁酸酯改性重質碳酸鈣于聚丙烯中最佳填充量為30%，斷裂伸長率提高15.0%，沖擊強度提高16.0%。
配方十：重質碳酸鈣有機改性
改性劑：表面活性劑類新型改性劑JST-9001（聚氧乙烯醚型復合改性劑）、JST-9002（磷酸酯型復合改性劑）、JST-9003（聚氧乙烯醚型復合改性劑）、JST-9004（磷酸酯型復合改性劑、硬脂酸、鋁酸酯F-2、氨基硅油585C和羥基硅油。改性方法：稱取100g重質碳酸鈣粉體置于500mL的三口燒瓶中，設定恒溫水浴鍋的溫度，控制數(shù)顯電動攪拌器的轉速在（1300±50）r/min，然后再將所用的改性劑逐滴滴入三口燒瓶內的重質碳酸鈣表面（加改性劑速度適中，不能過快或過慢），加完改性劑，密封三口燒瓶后開始計時。一定時間后，關閉儀器，待樣品冷卻后取出并用密封袋封存。測試與表征：吸油值、活化指數(shù)、油相分散穩(wěn)定性和水接觸角，紅外光譜（FTIR）、熱重（TG）。改性效果：相比于JST-9002、JST-9004、羥基硅油和氨基硅油585C，JST-9001、JST-9003、硬脂酸和鋁酸酯F-2四種改性劑對重質碳酸鈣的改性效果更好。新型改性劑JST-9001和JST-9003可在低改性劑用量（0.50%）的情況下獲得比硬脂酸和鋁酸酯F-2更優(yōu)的改性效果。JST-9001和JST-9003改性C525重質碳酸鈣樣品的吸油值分別為0.11mL/g和0.10mL/g，活化指數(shù)分別為98.77%和99.19%，濁度變化率為4.06%和5.30%，潤濕接觸角分別為154.2°和151.4°；改性C1000重質碳酸鈣樣品的吸油值分別為0.14mL/g和0.15mL/g，活化指數(shù)分別為89.73%和93.77%，濁度變化率分別為16.04%和9.59%，潤濕接觸角為91.9°和87.7°。優(yōu)化用量下JST-9001和JST-9003改性劑分子中的親水基與重質碳酸鈣表面的—OH發(fā)生鍵合作用，改性劑分子層包覆于重質碳酸鈣顆粒表面，因此重質碳酸鈣表面性質發(fā)生改變，由親水性轉變?yōu)槭杷?，且吸油值顯著下降。
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