改性會議：2025年功能粉體表面改性技術應用創(chuàng)新發(fā)展大會將于11月8日在南京召開，報名請聯系馮經理18301216601，涉及非金屬礦粉體企業(yè)：碳酸鈣、方解石粉、硅微粉、滑石、重晶石、硫酸鋇、硅灰石、高嶺土、膨潤土、云母、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、電氣石粉等；功能性粉體企業(yè)：氫氧化鎂、氫氧化鋁、氧化鋁、鈦白粉、白炭黑、氧化鐵紅、珠光云母、導熱填料、氧化鋅、勃姆石、粉煤灰、碳化硅、玻璃微珠、鋁粉、銅粉、納米粉體等；硬脂酸、偶聯劑等藥劑和改性設備企業(yè)；塑料、橡膠、涂料等粉體材料下游應用企業(yè)。
超細碳酸鈣是指粒徑為0.02~0.1μm的碳酸鈣，是一種成本低廉的納米材料，具備小尺寸效應和表面效應，具有出色的補強性、透明性、分散性、觸變性和流平性。尤其是超細活性碳酸鈣，作為功能填料，其增韌補強性能可明顯改善產品質量。
然而，隨著碳酸鈣粒徑的減小，表面能增強，粒子間的吸附作用增強，使得團聚現象加劇，從而限制了其在工業(yè)上的應用。
因此，對超細碳酸鈣粉體進行表面改性處理，進而制備成活性碳酸鈣，以增強其與有機基質的相容性，成為提高其應用性能的關鍵。
超細碳酸鈣表面改性方法主要可分為兩大類：一類是表面物理改性，主要涉及表面包覆和表面吸附兩種方式；另一類是表面化學改性，涵蓋表面取代、聚合和接枝等多樣化手段。
根據表面作用形式和表面作用實質的不同，常用的表面活化改性技術可細分為局部化學反應改性、表面包覆改性、機械化學改性、高能輻射表面改性與母料填充改性等。
1、局部化學反應改性法
局部化學反應法主要是利用超細碳酸鈣局部表面的官能團和表面處理劑（如有機物、無機物以及偶聯劑等）進行化學反應，從而達到改性的目的。此方法主要涵蓋干法處理和濕法處理兩種。
（1）干法工藝
干法工藝是把超細碳酸鈣和表面改性劑一同放進高速捏合機中進行捏合，完成表面改性。
Bi等利用硅烷偶聯劑作為處理劑對納米碳酸鈣進行表面改性，可以有效地將其連接到納米碳酸鈣表面，制備出具有表面疏水性能的產品，顯著提升其在親油相及有機相中的分散性。
干法工藝適宜運用偶聯劑來進行表面改性處理，其生產成本不高、操作簡便。由該方法制取的碳酸鈣粉末在表面均勻性方面稍有欠缺，主要適用于對碳酸鈣粉末品質要求不太高的情形。即便如此，鑒于其處理方式簡便易操作，干法工藝依然得到了廣泛運用。
（2）濕法工藝
濕法工藝是在超細碳酸鈣懸浮液中添加改性劑，在嚴格把控的溫度狀況下，保證表面改性劑和碳酸鈣粉末的均勻摻和，從而形成表面改性劑包覆碳酸鈣粉末的雙膜結構。
相較于干法，濕法的表面均勻程度更佳，不過工藝流程更為繁雜。水溶性的表面活性劑更適合用于濕法改性，其同時具備親水與親油的基團，能夠與碳酸鈣以及有機材料有效地結合，主要包含高級脂肪酸及其鹽類。
局部化學反應法常用的改性劑包括偶聯劑、無機物和有機物等。為了進一步提高碳酸鈣制品的性能，實踐中常將三種類型的表面改性劑綜合使用，不僅有效防止了納米粒子的團聚，還改善了其粒徑分布和流動性，同時增強了材料機械性能。
2、表面包覆改性法
表面包覆改性法通過物理方法或范德華力使包覆物與顆粒結合，此過程中不涉及化學反應。在納米碳酸鈣的制備過程中，添加表面活性劑，讓納米碳酸鈣生成的同時其表面被表面活性劑所包覆，進而獲得均勻的納米顆粒。
高洪霞等采用硫酸鋇對PCC進行包覆處理，經改性的PCC添加至紙料中，不僅顯著提高了打漿度，還增強了紙張的抗張強度、白度、不透明度和光散射系數。表面包覆改性法能有效改善納米碳酸鈣的分散性和表面特性，但在實際應用中，包覆層的厚度難以精確控制，這一問題需要進一步解決。
3、機械化學改性
機械化學改性是依靠施加強烈的機械力來對粒子的表面進行激活，由此引發(fā)其表面晶體結構以及物理化學特性的變化，促使晶格發(fā)生移動，進而增強粒子與無機或者有機物的反應活性，以此實現改性的目的。
陳港等采用機械化學改性法，使鈦白粉成功沉積在GCC表面。結果顯示，改性后顆粒的平均粒徑增大了30%，比表面積減小了37%，吸油值和遮蓋力與鈦白粉相當。
機械化學改性技術簡單、成本低，但僅適用于較大粒徑的碳酸鈣，對于納米級碳酸鈣效果有限。由于納米碳酸鈣顆粒尺寸很小，機械粉碎或研磨難以顯著改變其表面特性。然而，機械化學改性可以讓納米碳酸鈣表面的活性點和活性基團增多，進而強化其與有機改性劑的相互作用，所以，聯合其他改性方法能夠更有力地優(yōu)化納米碳酸鈣的表面性能。
4、高能表面改性法
高能表面改性技術借助高能射線（比如X射線、γ射線等）輻照以及等離子體處理等方式對粉體實施表面改性。利用電子加速器產生的高能射線對碳酸鈣粉體進行照射，能夠激活其表面產生活性位點，接著引入反應性單體，推動其和活性位點進行化學反應，達成表面接枝聚合，形成有機包覆層，以此改良碳酸鈣的表面性質，提升其與高分子材料的相容性。
等離子體改性法是運用輝光放電等離子體系統(tǒng)，并選取一種或者多種氣體當作處理介質。與化學方法和其他技術相比，等離子體改性具有兩個顯著優(yōu)勢：一是較高的溫度和能量密度；二是能夠激發(fā)常規(guī)化學反應中難以實現的物理變化和化學反應。
在針對碳酸鈣粉體開展表面改性的過程中，等離子體聚合技術得到了廣泛運用，通過氣相自由基和表面自由基的反應，生成高分子量的聚合物薄膜，優(yōu)化其表面特性。但是，由于高能改性技術繁雜、成本高昂、生產能力受限以及改性效果不穩(wěn)定，在實際應用中比較有限。
5、母料填料改性
母料填料的改性流程涵蓋了把特定比例的樹脂母料、碳酸鈣粉末以及表面活性劑予以混合、混煉、塑化和造粒。在制備母粒填料的同時，也達成了對碳酸鈣表面的改性，進而提升碳酸鈣粉體的分散性以及其與樹脂的交聯能力。
依據所采用的基體樹脂的差異，常見的母料填料包含聚乙烯碳酸鈣母粒、無規(guī)則聚丙烯碳酸鈣母粒（APP母料）以及樹脂碳酸鈣母粒填料等等。李磊等通過熔融共混技術成功制備了聚丙烯/聚甲醛（POM）/碳酸鈣母粒復合材料。
研究結果顯示，在碳酸鈣母粒的添加量為15%的情況下，PP/POM（95/5）復合材料的沖擊強度達到最大值，其綜合性能較為良好。母料填料改性包覆均勻且完全，顯著改善了碳酸鈣的團聚問題及其與基體樹脂的相容性，從而解決塑料制品加工中混料的均勻性及下料的離析現象，確保了成型制品的組分一致性和力學穩(wěn)定性，并且生產工藝流程簡單方便，提高了生產效率。通過添加特定功能性填料，可進一步制備具有特定功能的功能性母料。
資料來源：《張毅,王志遠,廉麗,等.超細碳酸鈣粉體的表面改性及其功能母粒的研究進展[J].化學研究,2025,36(03):222-238》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請注明出處！
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