改性會(huì)議：2025年功能粉體表面改性技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)將于11月8日在南京召開，報(bào)名請聯(lián)系馮經(jīng)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(dǎo)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(lián)劑等藥劑和改性設(shè)備企業(yè)；塑料、橡膠、涂料等粉體材料下游應(yīng)用企業(yè)。
直接將碳酸鈣粉體加入塑料時(shí)，其分散性較差，以母粒的形式添加更為方便高效，且不同功能性助劑還可賦予塑料特殊功能，如抗靜電性、阻燃性、增韌效果、耐磨損性、抗菌能力和抗氧化性等。
相較于碳酸鈣粉體，功能母粒具備更高的靈活性和多樣性，工藝簡單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，且能在生產(chǎn)過程中降低環(huán)境污染，有助于推動(dòng)清潔生產(chǎn)。
另外，在塑料加工過程中，通過將功能母粒添加到塑料原料中，可以顯著提升碳酸鈣填料的分散性、提高塑料加工效率，并改善最終產(chǎn)品的性能。
1、碳酸鈣母粒制備技術(shù)
填充母料是一種新型的填料，通常由母料填料、偶聯(lián)劑、分散劑和載體樹脂四個(gè)主要組成部分構(gòu)成。
（1）超細(xì)碳酸鈣的活化改性預(yù)處理
選擇合適粒徑和純度的碳酸鈣粉體作為填充劑，對其和樹脂載體進(jìn)行預(yù)處理，以利于后續(xù)的熔融混合過程。借助偶聯(lián)劑或者其他表面活性劑對碳酸鈣粉體實(shí)施表面改性，以此來提升其與樹脂的相容性。
但需要注意的是，碳酸鈣的原料，如大理石和方解石，通常不含結(jié)構(gòu)水，但在加工成超細(xì)粉體后，其易吸濕，尤其在加工和儲(chǔ)存過程中。此外，碳酸鈣中可能含有少量易揮發(fā)物質(zhì)，若含量過高，會(huì)影響改性母料的質(zhì)量。
因此，控制水分含量對確保改性母料的質(zhì)量至關(guān)重要。常用的方法是利用高速混合機(jī)進(jìn)行加熱干燥處理，以有效去除水分。
（2）碳酸鈣母粒的制備
碳酸鈣母粒的制備是通過按照特定配方比例，將改性碳酸鈣粉體與熔融狀態(tài)下的樹脂載體在高速混合機(jī)中均勻混合而成。常用的方法是干混和濕混。
“干混”是將碳酸鈣粉體與未熔融狀態(tài)下的樹脂載體在高速混合機(jī)中充分?jǐn)嚢杌旌?，此階段主要目的是確保碳酸鈣能夠均勻分散，從而提高母粒的質(zhì)量。干混完成后，物料可直接送入擠出機(jī)進(jìn)行后續(xù)熔融混合。
“濕混”通常是指在樹脂載體處于熔融狀態(tài)時(shí)，與碳酸鈣進(jìn)行混合的過程。
2、母粒制備的連續(xù)工藝
母粒制備的連續(xù)工藝包括：原料準(zhǔn)備→熔融和混合→擠出成型→切割、篩分和包裝。高速混合機(jī)將原料進(jìn)行均勻混合，雙螺桿擠出機(jī)加熱樹脂至熔融狀態(tài)，可以提供更好的分散效果和更高的效率，再用單螺桿擠出母粒，之后冷卻、切粒和干燥及篩分和包裝。
（1）原料準(zhǔn)備
選擇合適的原料，如樹脂、添加劑及填料等，對生產(chǎn)母粒所需的原料進(jìn)行預(yù)處理，包括干燥、研磨及混合等，確保原料的質(zhì)量和性能滿足要求。
（2）熔融和混合
將預(yù)處理后的原料送入擠出機(jī)，通過加熱使原料熔融，并在擠出過程中加入各種功能性添加劑，如顏料、抗氧劑、紫外線吸收劑等，進(jìn)行充分混合。
（3）擠出成型
熔融混合后的物料經(jīng)過擠出機(jī)模具，形成特定形狀和尺寸的條狀或管狀物。
（4）冷卻
擠出后的條狀或管狀物料通過冷卻裝置進(jìn)行冷卻，以便固化成型。
（5）切割
冷卻后的物料通過切割裝置進(jìn)行切割，形成規(guī)定長度和直徑的母粒。
（6）篩分和包裝：切割后的母粒經(jīng)過篩分，剔除不合格顆粒，然后進(jìn)行包裝，以備后續(xù)使用或銷售。
在制備過程中，溫度控制、喂料速度、螺桿設(shè)計(jì)等是關(guān)鍵參數(shù)。連續(xù)工藝通常采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品一致性。溫度控制需貫穿整個(gè)擠出過程，精確調(diào)控物料溫度，以確保物料的質(zhì)量與性能。
連續(xù)工藝的優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)高效連續(xù)生產(chǎn)，降低能耗與設(shè)備投資成本，同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
3、常見的碳酸鈣母粒種類
（1）聚丙烯基母粒
作為一種通用熱塑性塑料，聚丙烯具有良好的力學(xué)性能，及其他許多突出的優(yōu)點(diǎn)。但由于其非極性特性，聚丙烯在低溫下易脆、成型收縮率較大、易老化等問題限制了其應(yīng)用及發(fā)展。碳酸鈣作為一種無機(jī)填料，在加工助劑的輔助下，可減低成本并增強(qiáng)、增韌聚合物。
熊文等通過將粒徑約為70nm的超細(xì)碳酸鈣與聚丙烯及鋁酸酯/聚乙烯蠟（比例為1∶1）按特定比例混融，成功制備了高填充納米碳酸鈣母粒。該母粒在聚烯烴體系中具有良好的應(yīng)用前景。聚乙烯蠟具有較低的熔點(diǎn)，能夠與聚丙烯良好相容，幫助快速包覆碳酸鈣顆粒，改善其分散性。同時(shí)，硬脂酸酯偶聯(lián)劑可在碳酸鈣粒子的新界面處發(fā)生化學(xué)或物理作用，形成有機(jī)分子層，以防止碳酸鈣粒子的二次團(tuán)聚，并通過其親無機(jī)端與碳酸鈣表面、親有機(jī)端和聚丙烯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或形成物理纏繞結(jié)構(gòu)，從而提高無機(jī)填料與有機(jī)樹脂的界面相容性，增強(qiáng)制品的力學(xué)性能。
（2）聚苯乙烯（PS）基母粒
聚苯乙烯作為通用塑料中的第三大類，具備優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性與電絕緣性能，被廣泛運(yùn)用于光學(xué)儀器、化工領(lǐng)域以及日用品的制造當(dāng)中。但是，PS的脆性較大，耐環(huán)境應(yīng)力開裂以及耐溶劑的性能欠佳，熱變形溫度相對較低，沖擊強(qiáng)度也不高。所以，增強(qiáng)其韌性，制備綜合性能出色的PS材料成為當(dāng)下備受關(guān)注的重要課題。
研究顯示，納米碳酸鈣對于材料沖擊強(qiáng)度的增韌作用十分顯著，同時(shí)能夠提高材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量、熱變形溫度以及尺寸穩(wěn)定性，還能賦予材料良好的滯熱性。
Pashmforoush等研究者運(yùn)用共混改性技術(shù)，將PS與納米碳酸鈣當(dāng)作原料，制成了碳酸鈣/聚苯乙烯納米復(fù)合材料。通過針對碳酸鈣展開表面處理，對載體進(jìn)行熔融改性，讓二者的物理化學(xué)性質(zhì)趨于相近，并且在擠出機(jī)螺桿剪切力的作用之下，提升填料在載體當(dāng)中的分散速度，達(dá)成均勻分散的效果。在成型的進(jìn)程中，碳酸鈣粒子進(jìn)入到分散性彈性體的內(nèi)部，由此增大彈性體的有效增韌體積。獲得的結(jié)果表明，由于PS基質(zhì)和碳酸鈣納米顆粒之間更強(qiáng)的相互作用力，納米顆粒和聚合物基質(zhì)之間的結(jié)合能越高，性能就會(huì)得到更好的改善。
（3）聚氯乙烯基母粒
聚氯乙烯作為用量最多的樹脂之一，其改性研究一直是材料科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在眾多改性方法中，聚氯乙烯/彈性體/無機(jī)剛性粒子三元復(fù)合體系因能有效平衡材料的力學(xué)性能而受到廣泛關(guān)注。引入彈性體能夠有效地增強(qiáng)聚氯乙烯的韌性，不過與此同時(shí)也會(huì)致使其拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及模量降低。
相對而言，剛性無機(jī)物填料能夠提升聚合物的剛性，但卻會(huì)讓材料的韌性下降。伴隨納米技術(shù)的進(jìn)步，鑒于納米粒子的獨(dú)特屬性，例如較高的比表面積以及處于高度活化狀態(tài)的表面原子，還有它們和聚合物界面的強(qiáng)相互作用，促使聚合物/納米粒子復(fù)合材料變成新的研究重點(diǎn)。
王士財(cái)?shù)韧ㄟ^對納米碳酸鈣進(jìn)行表面改性，并探究聚氯乙烯（PVC）/氯乙烯-丙烯酸乙酯共聚物（VC/EA）/納米碳酸鈣（n-碳酸鈣）三元復(fù)合體系的加工工藝，成功制得了（PVC）（/VC/EA）/n-碳酸鈣高性能復(fù)合材料。研究顯示，采用把VC/EA共聚物與納米碳酸鈣制成復(fù)合母粒，再和PVC共混的二次分散工藝，有益于納米碳酸鈣在基體中的均勻分散，明顯提高了材料的力學(xué)性能，而且碳酸鈣與VC/EA之間的協(xié)同增韌效應(yīng)提高了材料的沖擊強(qiáng)度。
鄧傳福等利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）對納米碳酸鈣進(jìn)行特殊表面改性，探究了改性納米碳酸鈣對PVC復(fù)合材料綜合性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)在濕法改性階段引入過量的羥基，有助于提升硅烷偶聯(lián)劑的接枝包覆效果，獲得分散性和加工性均較好的納米填料，有效改善PVC復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，促進(jìn)塑化過程，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的增強(qiáng)增韌效果。
資料來源：《張毅,王志遠(yuǎn),廉麗,等.超細(xì)碳酸鈣粉體的表面改性及其功能母粒的研究進(jìn)展[J].化學(xué)研究,2025,36(03):222-238》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處！
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