碳酸钙为什么要进行表面改性 改性碳酸钙都能用于哪些领域

表面改性是提升碳酸钙应用性能、提高适用性、拓展市场和用量所必须的重要手段，未来功能化、专用化将成为碳酸钙发展的主要趋势，各种表面改性专用碳酸钙的市场需求量会越来越大。

1、碳酸钙为什么要进行表面改性？

（1）提高碳酸钙分散性

超细化是提升碳酸钙品质的重要途径，但碳酸钙的粒径越小，则表面能越高，吸附作用越强，团聚现象就越严重。

通过表面改性，可使改性剂定向吸附在碳酸钙表面，使其表面具有电荷特性，由于同种电荷的排斥性，碳酸钙就不易团聚，从而在基体中实现良好的分散。

（2）改善碳酸钙相容性

通过表面改性，可增大碳酸钙与有机体的界面相容性及亲和性，从而提高其与橡胶或塑料等复合材料的产品性能。

例如：用钛酸酯偶联剂处理后的碳酸钙，与聚合物分子有较好的相容性。同时，由于钛酸酯偶联剂能在碳酸钙分子和聚合物分子之间形成分子架桥，增强了有机高聚物或树脂与碳酸钙之间的相互作用，可显著提高热塑料复合材料等的力学性能，如冲击强度、拉伸强度、弯曲强度以及伸长率等。

（3）降低碳酸钙吸油值

表面改性是降低粉体吸油值的重要手段。碳酸钙经过表面改性后，聚集态颗粒减少，分散度提高，颗粒间空隙减少，同时改性分子对碳酸钙表面的覆盖又使颗粒内的空隙减小，而且这一覆盖还改变了碳酸钙的表面性能，使其表面极性减弱，颗粒间摩擦力变小，润滑性变得更好，故堆积得更加紧密，堆积密度增大，吸油值减小。

（4）拓宽碳酸钙高端应用市场

未经表面改性的碳酸钙，相容性差，易团聚，应用效果不佳，并且随着用量的增加，这些缺点更加明显。

通过表面改性，碳酸钙界面亲和性良好，吸油值降低，可更好地应用于塑料、涂料、橡胶、造纸、密封胶、透气膜等高端领域，提高产品品质，同时进一步降低应用企业的生产成本。

（5）赋予碳酸钙更多功能特性

未经表面改性的碳酸钙，只能作为传统的填充材料，其应用领域和用量都会受到一定的限制。通过表面改性，碳酸钙则摇身一变成了多功能的改性剂。

表面包覆二氧化硅的碳酸钙，可部分代替白炭黑及补充白炭黑在某些性能上的不足。

表面包覆金属的轻质碳酸钙，可提高橡胶制品的某些特殊性能。

表面包覆二氧化钛的碳酸钙复合材料，可在一定程度上可替代钛白粉。

用磷酸盐、铝酸盐、硅酸盐或钡盐处理等处理，可制备耐酸型碳酸钙。

（6）提高碳酸钙产品附加值

目前，我国普通碳酸钙产能过剩，产品低价竞争激烈。经表面改性后的碳酸钙，使用效果显著提升，用户体验好，产品价格自然随之增加。

（7）顺应碳酸钙行业发展趋势

国家发改委公布的《产业结构调整指导目录（2019年本）》，已将普通级碳酸钙列为落后产品，后续将会继续加大淘汰力度。

2、改性碳酸钙都能用于哪些领域？

（1）聚氯乙烯（PVC）

改性碳酸钙与普通碳酸钙相比，颗粒以原生态粒子状态均匀分布，不团聚，与PVC树脂具有极好的相容性和分散性，易塑化，不粘辊，加工性能优良，有利于提高加工效率，而且制品的断裂强度及断裂伸长率明显提高，物理机械性能良好。

（2）聚丙烯（PP）

采用偶联剂四氢呋喃均聚醚（PTHF）对轻质碳酸钙表面进行改性，可使碳酸钙的吸油值降低到22%，接触角降低到68.6°。改性后的碳酸钙填充进聚丙烯，在聚丙烯中分散良好，能在一定程度上缓解拉伸强度的下降趋势，使复合材料的断裂伸长率达到28.47%、冲击强度达到6.7kJ/m2。

（3）高密度聚乙烯（HDPE）

采用铝酸酯偶联剂对重质碳酸钙进行机械化学改性，铝酸酯偶联剂在碳酸钙粒子表面发生了一定的键合作用，改性后碳酸钙颗粒分散性明显提高；随着高密度聚乙烯（HDPE）中改性碳酸钙用量的提高，复合材料磨耗量和摩擦功减小，抗摩擦性能提高；在用量为8phr时，复合材料力学性能最佳，拉伸强度和冲击强度分别提高了4.46%、24.57%。

（4）低密度聚乙烯（LDPE）

采用硬脂酸（用量为1.5%）和DL-411铝酸酯（用量为0.5%时），改性碳酸钙的活化指数为99.71%、吸油值为46.19mL/100g、最终的沉降体积为2.3mL/g、10g改性碳酸钙与100mL液体石蜡混合物的黏度为4.4Pa·s。将改性碳酸钙填充到低密度聚乙烯（LDPE）中，当改性碳酸钙含量为10%时，复合材料具有较好的力学性能。

（5）ABS塑料

纳米碳酸钙经过表面改性以后，在有机介质中的分散性得到了提高，表面由亲水性变成了亲油性，将其用于ABS树脂中，可提高ABS树脂的力学性能，如冲击强度、拉伸强度、表面硬度、弯曲强度以及热性能如热变形温度。

（6）聚酯（PBAT）

采用双层偶联剂包覆法对碳酸钙进行表面改性，改性后的碳酸钙填充量可达到50%，且复合材料制品的综合力学性能良好。在复合材料中，改性碳酸钙粒子完全被PBAT树脂基体浸润包覆，没有溶出现象，同时提高了两者之间的相互流动性。

（7）辐射交联三元乙丙橡胶（EPDM）

采用具有不饱和官能团的钛酸酯偶联剂105对碳酸钙原位改性，改性碳酸钙分散性得到了提高；在辐射交联EPDM中，改性碳酸钙表面通过油酸集团与EPDM产生了化学反应，使碳酸钙参与到EPDM的交联网络中，提高了复合材料的拉伸强度、100%定伸应力和邵尔A硬度，使碳酸钙在辐射交联EPDM中具有了补强性。

（8）聚乳酸（PLA）

通过偶联剂对碳酸钙进行表面改性，使碳酸钙比表面积加大，因而与基体接触面积增大，受到应力时会产生更多的银纹和塑性变形区，吸收大量的能量，从而达到增韧、增强的目的。

（9）PVC涂层织物

改性重质碳酸钙能够改善聚氯乙烯糊树脂配混料体系的相容性，在与普通重钙同等使用量的情况下，能够获得比较低的粘度，增强与聚酯基布的粘合作用，可以减少粘接剂的用量，同时能够改善涂层材料的手感，在增加40%使用量的情况下，对材料的加工性能、物理机械性能、热焊接性能没有不利的影响。

（10）聚氯乙烯（PVC）消防管

与普通碳酸钙相比，改性碳酸钙颗粒以原生粒子状态均匀分布，不团聚，其中部分以纳米粒子状态存在，因此填充于聚氯乙烯（PVC）消防管中，不仅能改善体系的加工性能，而且赋予制品较好的物理机械性能，达到增韧补强的效果。

（11）PVC电缆料和阻燃母粒

利用铝酸酯、钛酸酯偶联剂、硬脂酸改性重质碳酸钙，并将此重质碳酸钙复合填料用于制备PVC电缆料和阻燃母粒，性能优良，而复合改性剂的使用将成为重质碳酸钙表面改性的发展趋势之一。

（12）聚醚醚酮

采用磺化超支化聚芳醚酮改性碳酸钙晶须，可提高碳酸钙晶须在基体中的分散性，增强两相间的相互作用，降低复合材料在加工温度区间的熔体粘度，同时，所得到的复合材料的杨氏模量、弯曲模量和韧性都有所提高。

（13）塑料薄膜

碳酸钙在薄膜中的应用相当广泛，经表面处理后的碳酸钙多以表面吸附、物理缠绕、范德华力等形式与基础树脂结合，分散较均匀，膜性能较好。

（14）食品塑料包装

纳米碳酸钙作为塑料填充超细级物质，在改变制品性能方面有特殊效果，已有研究表明纳米食品包装材料所具备的阻隔、抗菌和保鲜等特性，目前已在啤酒、饮料、果蔬、奶制品等食品包装中得到应用。要得到分散性好、粒径小的填充状态，必须削弱或减小纳米作用能，目前一般采取机械分散法，或者通过加入分散剂、干燥处理等方式。

（15）透气膜

透气膜是在PE或PP载体中，添加50%左右的特种碳酸钙进行共混，经挤出成膜后定向拉伸一定倍率而成，广泛应用于药用胶膜、手术服、医用手套、妇女卫生巾、婴儿纸尿布、一次性床单、保鲜膜、复合膜、熟食品包装袋等领域。经表面改性后的碳酸钙，具备超出预期的疏水性能、卓越的分散性能，并且热稳定性，方可用于透气膜生产。

（16）室温硫化（RTV）单组分硅橡胶密封胶

采用硅烷偶联剂对超细碳酸钙进行表面改性，改性碳酸钙对密封胶的增强效果较好，其拉伸强度为0.57MPa、最大强度伸长率为159.60%。

（17）聚氨酯密封胶

采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）与硅烷偶联剂KH570共聚改性碳酸钙，改性后碳酸钙的水接触角为60°，沉降值为1.36ml/g，在聚氨酯中的分散性较好，与聚氨酯混合后表现出触变性能，并且对聚氨酯的力学性能的改善优于未改性的碳酸钙。

（18）硅酮胶

纳米碳酸钙可以在一定程度上替代白炭黑用于填充硅酮胶，是硅酮胶的主要生产原料，纳米碳酸钙作为硅酮胶的填充剂、增强剂，可以大大地降低制品的成本，改善制品的加工性能，极大地提高胶的拉伸强度、撕裂强度等力学性能，通过对纳米碳酸钙晶型、粒径及表面处理的控制，从而使制品获得优良的触变性能和抗流挂性能。

（19）橡胶制品

经表面改性后的活性碳酸钙，在橡胶中有补强作用，其补强性能可与白炭黑媲美。常用作白色、浅色和彩色橡胶制品补强剂，可用于制造轮胎缓冲层胶、内胎、自行车内外胎、传动带覆盖胶、胶管、胶布制品和胶鞋，也适用于天然橡胶、SBS及胶乳，在SBS中补强作用明显，着色性能亦佳。

（20）天然橡胶硫化胶

采用间苯二酚和六次甲基四胺对碳酸钙进行改性，改性碳酸钙天然橡胶硫化胶比未改性碳酸钙天然橡胶硫化胶的力学性能有明显的提高，相比于未改性碳酸钙，天然橡胶硫化胶的定伸强度提高130%，拉伸强度提高101%，撕裂强度提高70%。

（21）丁苯橡胶（SBR）

对采用羧化聚丁二烯（CPB）改性碳酸钙用作SBR的补强剂，其硫化胶的性能与未改性碳酸钙相比，拉伸强度提高60%，300%定伸应力提高70%，撕裂强度提高30%。

（22）半钢子午线轮胎气密层

在半钢子午线轮胎气密层中加入40份改性碳酸钙，能够提高胶料的气密性，且对胶料抗屈挠性能及胶料加工性能影响很小。从轮胎的工厂试验结果来看，使用了40份的改性碳酸钙的气密层其气密性比普通的气密层提高了30%，同时成本下降了3.65元/kg，轮胎的高速及耐久性能均不受影响。

（23）造纸填料

采用淀粉包覆改性碳酸钙作为造纸填料，改性碳酸钙具备较强的抗剪切性和较高的留着率，使得纸页强度性能较高，且强度性能下降的幅度明显减缓。

（24）再造烟叶

采用六偏磷酸钠、柠檬酸（复配比例为1:l）对碳酸钙进行改性，改性碳酸钙加入到再造烟叶中的灰分比商用碳酸钙的灰分含量高了8.25%，常规烟气指标、感官评吸结果均优于商用碳酸钙。

（25）粉末涂料

改性碳酸钙在粉末涂料中起骨架作用，可增加涂膜厚度，提高涂层的耐磨性和耐久性。一般改性碳酸钙要比其他的无机填料价格第，故可降低粉末涂料的成本，同时提高其上粉率和喷涂面积。

（26）乳胶涂料

利用改性纳米碳酸钙制备PVC含量为43%的乳胶涂料，填加改性纳米碳酸钙的涂料涂层表面平整性好，致密，且耐沾污性、耐洗刷性、耐老化性等性能都得到较大改善，其中以硬酯酸和磺酸钠改性的纳米碳酸钙对拉伸强度影响较大，而硬酯酸和钛酸酯改性的纳米碳酸钙对耐沾污性和耐洗刷性影响显著。

（27）电泳漆

采用水合氟硅酸改性碳酸钙，改性后碳酸钙表面覆盖有无定形硅和氟化钙的混合物，形成一层致密的薄膜，极大地增强了碳酸钙的耐酸性，可用于弱酸性阳极电泳漆。

（28）PVC汽车底盘防石击底漆

经脂肪酸或脂肪酸盐改性后粒径为40~80nm的碳酸钙因具有很好的触变性，用于PVC汽车底盘防石击底漆，具有良好触变性和屈服值。

（29）油墨

用改性碳酸钙配制的油墨身骨及黏性比较好，具有良好的印刷性能，干燥快，而且没有副作用。由于颗粒小，用于油墨产品中表现出优异的分散性、透明性、极好的光泽和遮盖力，以及优异的油墨吸收性和干燥性，因此印品细腻、网点完整。尤其是在油墨广泛采用树脂连接料后，改性碳酸钙以其优异的稳定性，几乎已经取代其他填料了。

（30）牙膏

广东拉芳个人护理用品有限公司利用二氧化硅包覆微米级球形碳酸钙颗粒，对牙膏用磨擦剂碳酸钙进行表面改性，制得在磨损值相同的情况下，将改性碳酸钙添加于牙膏中，与氟化物的相容性得到了显著的提高。

（31）日用品

在化妆品中添加活性纳米级碳酸钙可使制品细腻、光滑；作为添加剂，制成定妆粉，可消除底粉的光亮度，保护皮肤的附着，并具有适度的吸油性和抗汗作用；用于爽滑粉，不刺激皮肤，颜色均匀，有一定的遮盖力。

（32）人造岗石

经表面改性后的碳酸钙，吸油值低，是人造石材的重要原料。

（33）复合导电粉体

通过对碳酸钙进行包覆改性，可提高其在酸性环境中的耐酸性能；之后再将碳酸钙与聚苯胺复合制备复合导电粉体，不仅可以赋予碳酸钙良好的导电性，还能改善单质聚苯胺难以加工成型的缺陷，具有广阔的应用前景。

（34）润滑油

在消化过程中加入改性剂生产活性纳米碳酸钙，可减少表面活性剂对润滑油的负面影响，提高纳米碳酸钙在润滑油中的分散稳定性，从而改善其抗磨、减摩性能。

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