重質(zhì)碳酸鈣表面處理
作者： 發(fā)布日期：2019-02-27
重質(zhì)碳酸鈣表面處理由于重質(zhì)碳酸鈣(簡稱重鈣)粉具有一系列優(yōu)越的物化性質(zhì)（尤其是物理性質(zhì)），諸如易分散性、表面親水性、硬度低、填充量大等，因而是重要的化工原料，其應(yīng)用領(lǐng)域包括造紙、塑料、橡膠、電纜、油漆和涂料、粘結(jié)劑、密封劑、日化、醫(yī)藥、飼料以及復(fù)合新型鈣塑料等。由于重鈣的工業(yè)性能好、來源廣、價格低，其新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷出現(xiàn)。
在造紙、塑料、橡膠、電纜、油漆和涂料等五大應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，目前仍有相當(dāng)一部分采用輕鈣粉。我國1996年，使用重鈣粉與輕鈣粉的質(zhì)量比總體情況約為3.5-4倍。據(jù)預(yù)測，由于輕鈣的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價格高，同時生產(chǎn)輕鈣對環(huán)境產(chǎn)生污染，今后的發(fā)展趨勢是盡可能用重鈣替輕鈣，國外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家重鈣對輕鈣的使用比約為14-18:1，明顯高于我國。因此，隨著相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，在上述應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，到2002年，我國重鈣對輕鈣的用量比將升達(dá)6-7倍。
現(xiàn)代新型高聚物基復(fù)合材料不僅要求非金屬礦物填料具有增量和降低材料成本的功效，更重要的是能夠改善填充材料的性能以及具有增強(qiáng)和補(bǔ)強(qiáng)等功能。對重鈣粉進(jìn)行表面改性后作為增量填料，可降低復(fù)合材料的成本，提高復(fù)合材料的耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、剛性、硬度及可加工性等。
1.常用改性劑及處理方法
作為填料使用的重鈣，若未經(jīng)表面處理，與有機(jī)高聚物的親和性較差，容易造成在高聚物中分散不均勻，從而造成兩種材料的界面缺陷。因此，需要改進(jìn)碳酸鈣填料的應(yīng)用性能。
對于重鈣，常用的表面改性劑為硬以酯酸及其鹽、偶聯(lián)劑等。
1.1硬酯酸及其鹽
常用的改性方法是將碳酸鈣進(jìn)行干燥，除去水份，在改性設(shè)備中進(jìn)行。溫度控制在100-110℃,時間0.5-1.0h或更短即可。將干燥后的重鈣加入改性設(shè)備，邊攪拌邊加入硬酯酸或其鹽。硬酯酸的用量約為碳酸鈣質(zhì)量的0.8-1.0%。反應(yīng)溫度控制在100℃左右、時間15－30min，產(chǎn)品即可進(jìn)行包裝。
硬酯酸或硬酯酸鹽改性碳酸鈣具有相當(dāng)好的補(bǔ)強(qiáng)作用，可取代炭黑和白炭黑填料。改性碳酸鈣填料可提高塑料制品的耐沖擊性能，在涂料工業(yè)中能部分取代鈦白粉。
1.2 偶聯(lián)劑
1.2.1鋁酸酯偶聯(lián)劑：鋁酸酯偶聯(lián)劑的改性方法，將重鈣粉料置于100－130℃的改性設(shè)備中，邊攪拌邊烘干，約十多分鐘，然后分三次加入計量的偶聯(lián)劑。每次間隔2－3min，加完后，再攪拌5min即可。鋁酸酯偶聯(lián)劑的用量，大約是碳酸鈣質(zhì)量的1％－2％。
鋁酸酯偶聯(lián)劑對生鈣的改善效果，優(yōu)于硬酯酸及其鹽。另外，鋁酸酯偶聯(lián)劑價格低廉，顏色淺，不影響產(chǎn)品的白度。
2.實(shí)驗(yàn)部分
2.1實(shí)驗(yàn)試樣與設(shè)備：重質(zhì)碳酸鈣，福建省三農(nóng)碳酸鈣有限公司產(chǎn)，平均粒徑3.72um;硬酯酸，福建省三農(nóng)碳酸鈣有限公司產(chǎn)。鋁酸酯偶聯(lián)劑，福建省三農(nóng)碳酸鈣有限公司產(chǎn)。
改性設(shè)備，福建省三農(nóng)碳酸鈣有限公司產(chǎn)自制。
2.2實(shí)驗(yàn)方法
用硬酯酸改性：將重鈣粉在100－110℃下干燥，投入改性設(shè)備中，在不斷攪拌的同時，將硬酯酸加入，再高速強(qiáng)烈攪拌30min。
用鋁酸酯偶聯(lián)劑改善性：將重粉在105－110℃下烘干2h，投入改性設(shè)備中，將稱量好的鋁酸酯偶聯(lián)劑用液體石蠟稀釋，控制混合機(jī)的溫度，將鋁酸酯偶聯(lián)劑和加入，攪拌至完全反應(yīng)。
3.結(jié)果與討論
對重鈣粉進(jìn)行表面改性，使原來親水性表面變的疏水性表面，顆粒在不同介質(zhì)中的分散性是表征這一性能的重要措施。對粒子潤濕性好的液體，粒子在其中必有好的分散性，粒子不易粘聚集，沉積物堆積緊密；反之，粒子分散性差，易聚集，沉積速度快，沉積物松軟，體積較大。本文主要闡述改性劑加入量對改性效果的影響。
3.1鋁酸酯偶聯(lián)劑改性效果
控制改性溫度為70℃，改性時間30min。只改變鋁酸酯偶聯(lián)劑的入量，得到活化指數(shù)隨改性劑加入量的變化關(guān)系。隨著鋁酸酯偶聯(lián)劑加入量的增加，活化指數(shù)增大，當(dāng)加入量達(dá)1.5％時，達(dá)一最大值，再增加改性劑的加入量，活化指數(shù)已不再增大。分析原因，隨著鋁酸酯偶聯(lián)劑的加入，碳酸鈣表面由親水漸變?yōu)橛H油，活化指數(shù)增大。當(dāng)鋁酸酯偶聯(lián)劑的用量為某一值時，剛好將重鈣粉表面全部覆蓋，活化指數(shù)達(dá)一極限值，再增加改性劑的加入量，活化指數(shù)已不再改變。
3.2硬酯酸改性效果
控制改性溫度為70℃，改性時間30min。改變硬酯酸的加入量，對重鈣粉進(jìn)行表面改善性，測定改性產(chǎn)品的活化指數(shù)，結(jié)果如圖2所示。隨著硬酯酸加入量的增加，活化指數(shù)不斷增大。當(dāng)加入量達(dá)0.7％時，活化指數(shù)已達(dá)100％；繼續(xù)增加硬酯酸的加入量，活化指數(shù)已沒有變化。
3.3改善性碳酸鈣填充ＰＶＣ塑料的力學(xué)性能
碳酸鈣表面結(jié)構(gòu)，與高分子聚合物分子結(jié)構(gòu)差別巨大。對碳酸鈣進(jìn)行表面改性的目的，是使兩種物質(zhì)界面形成良好的結(jié)合作用。不同的改性劑改性后的產(chǎn)品，這種結(jié)合作用也是有差別的。將上述改性碳酸鈣產(chǎn)品填充到ＰＶＣ塑料中去，比較其力學(xué)性能。
從力學(xué)性能的對比可看出，鋁酸酯偶聯(lián)劑的改性效果明顯好于硬酯酸的改性效果。由于鋁酸酯偶聯(lián)劑與碳酸鈣表面的羥基作用形成化學(xué)鍵，在碳酸鈣表面覆蓋一層偶聯(lián)劑單分子膜；并且鋁酸酯偶聯(lián)劑另一端與高分子聚合物相混溶，使碳酸鈣與ＰＶＣ結(jié)合得很好，制品具有很好的彈性和抗沖擊性能。
