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巨矿重质碳酸钙表面化学改性

巨矿重质碳酸钙表面化学改性

发布时间:
2018/12/15 11:44
表面化学改性是利用改性剂分子中的官能团和重质碳酸钙粉体表面的活性点进行化学反应或化学吸附,使改性剂包覆在重质碳酸钙颗粒的表面,增强重质碳酸钙与填充基体的相容性和分散性,从而改善复合材料的加工性能和物理力学性能。
        碳酸钙的表面改性方法主要是化学包覆,辅之以机械力化学;使用的表面改性剂包括硬脂酸(盐)、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂以及无规聚丙烯、聚乙烯蜡等。
 
1、硬脂酸(盐)改性
 
         硬脂酸(盐)、磷酸酯类与重质碳酸钙粉末表面的活性Ca2+反应生成硬脂酸钙或磷酸钙沉积或包覆于重质碳酸钙粒子的表面,使碳酸钙粉末的表面性能得到改变。
         硬脂酸(盐)、磷酸酯类有机物改性剂的一端是长链烷基,使改性重质碳酸钙颗粒表面呈一种皮草状的二维曲面结构,达到单层包覆量后,过剩的改性剂的非极性段与改性碳酸钙表面的非极性段继续缠绕,形成双层包覆,碳酸钙表面再次变为亲水性,极性增大,影响改性效果。
        尽管此种改性方法存在一些不足,但其改性重质碳酸钙在聚氯乙烯、涂料、油墨、电缆材料等领域应用广泛。东南新材料股份有限公司利用硬脂酸湿法研磨所制得改性重质碳酸钙,在树脂中的分散性和相容性良好,并且制品的性能提高很多。       
        浙江巨矿碳酸钙有限公司对超细重质碳酸钙进行改性处理,此改性碳酸钙填料能够有效地提高涂料的附着力、柔韧性及冲击强度等指标,应用前景广阔。
        因为相比其他改性剂,此有机物的价格便宜,来源丰富,并且经过此改性剂处理后的碳酸钙的黏度很小、吸油值很低、pH值较适中,既可单独使用,又可与其他改性剂配合使用,获得更好的改性效果。
 
2、复合偶联改性剂改性
 
        复合偶联改性剂改性是以偶联剂为基础,与其他加工改性剂、表面处理剂、交联剂相结合,对重质碳酸钙的表面进行复合改性处理。对重质碳酸钙进行改性处理同时选择两种或多种改性剂,发挥每种改性剂自身的优势,使重质碳酸钙的改性效果更加优良,更能满足各种功能化、专业化的需求。
 
3、偶联剂改性
 
        偶联剂是两性结构化合物,可分为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂等,其改性机理均是重质碳酸钙表面的活性羟基与偶联剂分子一端的短烷氧基链发生取代反应,形成Z-O-Ca化学键,而偶联剂分子另一端的亲非极性的长烷基链与树脂等基体发生机械缠绕或者某种化学反应,从而把极性较大的重质碳酸钙与非极性的有机高分子紧密结合在一起,即把两亲性的偶联剂作为一个中间媒介,提高重质碳酸钙在树脂等基体中的相容性和分散性。
      ①铝酸酯偶联剂
      与钛酸酯偶联剂相比,铝酸酯偶联剂具有色浅、常温是固体、热稳定性高、使用方便等优点,同时铝酸酯偶联剂本身有一定的润滑增塑功效,所以对重质碳酸钙表面改性,铝酸酯偶联剂改性效果优于硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
经铝酸酯偶联剂改性的重质碳酸钙常用来填充聚丙烯、聚氯乙烯、硬聚氨酯弹性体等体系,在提高填充量的同时,所得制品仍然具有良好的物理和应用性能,极大降低了成本。
      ②钛酸酯偶联剂
      钛酸酯偶联剂主要分为单烷氧基型、单烷氧基焦磷酸酯型、配位型和螯合型。其中单烷氧基型适合于不含游离水、只含化学键合水或物理键合水的干燥填充剂体系,而其他三类钛酸酯偶联剂对体系含水量无要求。
      利用钛酸酯偶联剂改性的重质碳酸钙应用在橡胶行业中,可减少橡胶用量和防老剂用量,提高制品耐磨强度和抗老化性能。将单烷氧基钛酸酯偶联剂改性重质碳酸钙填充于涂料中,可提高其在涂料中的分散性和加工流动性。
      虽然钛酸酯偶联剂的改性效果优异,但本身易氧化而变色;分解温度较低;钛酸酯分子的亲端易发生醇解或水解;不利于人体健康和生态环境等,这些弊端极大限制了其应用领域的进一步发展。
      ③硅烷偶联剂
      硅烷偶联剂是开发早、应用广的一类偶联剂,对于一般的硅烷偶联剂,因羟基数过少,和重质碳酸钙表面难发生甚至不发生偶联反应,只有当树脂与硅烷偶联剂有相似的基团才能起到改性作用。
      对重质碳酸钙表面处理较为有效的硅烷偶联剂是一种多组分的硅烷偶联剂,但此类硅烷偶联剂价格昂贵,使用复杂,给工业生产带来一定的麻烦,因此对于重质碳酸钙的改性很少使用硅烷偶联剂。
 
4、聚合物包覆改性
 
        聚合物包覆改性包括反应性纤维素表面处理和接枝聚合物表面处理两类。
        反应性纤维素表面处理是将反应性纤维结合在重质碳酸钙的表面,形成表面改性层,达到表面改性的目的。
        接枝聚合包覆法是利用重质碳酸钙表面的活性点进行聚合包覆反应,聚合后的有机高分子基体包覆在重质碳酸钙粒子的表面上,阻止重质碳酸钙的团聚,提高分散稳定性。接枝聚合处理的重质碳酸钙表面与有机高分子材料表面的相似性提高,降低了重质碳酸钙粒子表面的极性。
        利用重质碳酸钙表面羟基进行接枝聚合改性制得改性重质碳酸钙,应根据主体树脂的性质来选择聚合的单体和预处理方式,使主体树脂与载体树脂的结构相似或相同,增加改性重质碳酸钙与主体树脂间的相容性。