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重質碳酸鈣5大表面改性方法,提升附加值!

   2024-01-08 粉體技術網5440
核心提示:碳酸鈣是一種重要的、用途廣泛的化工原料,作為補強劑和填充劑被廣泛應用于橡膠、造紙、油墨、涂料、塑料、食品、化妝品等行業中,不僅能增加產品體積,節約母料,降低成本,而且能提高制品的物理性能、印刷性能和尺寸穩定性等。
 

碳酸鈣是一種重要的、用途廣泛的化工原料,作為補強劑和填充劑被廣泛應用于橡膠、造紙、油墨、涂料、塑料、食品、化妝品等行業中,不僅能增加產品體積,節約母料,降低成本,而且能提高制品的物理性能、印刷性能和尺寸穩定性等。


什么是重質碳酸鈣


根據碳酸鈣生產方法的不同,可以將其分為輕質碳酸鈣和重質碳酸鈣。


輕質碳酸鈣又稱沉淀碳酸鈣,是用化學加工方法制得;重質碳酸鈣又稱研磨碳酸鈣,是用機械方法直接粉碎天然的石灰石、方解石、白堊等制備。


重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣的粒度和表面特征存在一定的差異,因而在使用效果上也會存在差別。


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重質碳酸鈣優、劣勢


相比輕質碳酸鈣,重質碳酸鈣具有能耗低、加工簡單、價格低廉的特點,在造紙、塑料、建筑、涂料等行業中的填充效果明顯優于輕質碳酸鈣。


但重質碳酸鈣的生產和應用仍然存在一些有待于改進的問題:


①重質碳酸鈣粒徑超細化;
②開發專用重質碳酸鈣產品。


而解決這些問題的一個有效手段是對重質碳酸鈣進行改性研究,從而滿足各種產品的要求。


為什么要表面改性?


對重質碳酸鈣進行表面改性的主要目的是:


1.降低重質碳酸鈣的表面能,防止團聚;
2.提高重質碳酸鈣在基體中的分散性;
3.增強重質碳酸鈣表面與基體的界面親和性;
4.提高改性重質碳酸鈣的專用性和功能性。



重質碳酸鈣的5大改性方法


為了使改性重質碳酸鈣的填充效果達到最佳,必須要考慮其應用領域、加工方式、共混對象,對不同的基體和應用領域有針對性地選擇合適的改性劑和改性方法。接下來將根據重質碳酸鈣表面處理工藝的不同,介紹國內外現有的幾類表面改性方法和所選擇的改性劑。


物理涂覆改性


物理涂覆改性是將改性劑與重質碳酸鈣以一定的比例混合,在分散力的作用下,改性劑通過范德華力或靜電引力等物理作用力吸附在重質碳酸鈣表面,形成單層、雙層或多層包覆層。


為了克服傳統分散劑的不足,增大物理結合力,國外從20世紀70年代開始開發了一類新型的超分散劑。


與傳統表面活性劑相比,超分散劑有如下優點:


①與重質碳酸鈣顆粒表面結合力更強,幾乎不會發生解吸;
②聚合物的長分子鏈可以更有效地防止重質碳酸鈣粒子的再次團聚。


這些優點為超分散劑改性重質碳酸鈣在填充塑料、顏料、油墨、涂料等行業中的廣泛應用帶來了前景。


表面化學改性


表面化學改性是指通過一定的方法,利用改性劑分子中的官能團和重質碳酸鈣粉體表面的活性點進行化學反應或化學吸附,使改性劑包覆在重質碳酸鈣顆粒的表面,增強重質碳酸鈣與填充有機基體的相容性和分散性,從而改善復合材料的加工性能和物理力學性能。


表面化學改性主要包括:


(1)偶聯劑改性
(2)復合偶聯改性劑改性
(3)聚合物包覆改性
(4)有機物改性


機械力化學改性


機械力化學改性是利用粉碎、摩擦等機械手段,使重質碳酸鈣粉體的晶格發生位移、晶型發生變化,與此同時體系溫度升高,內能增大。


大顆粒的碳酸鈣粒子不斷分解成較小甚至微米級、納米級的重質碳酸鈣顆粒,增強重質碳酸鈣顆粒表面的化學活性,易與改性劑發生化學結合或附著,使重質碳酸鈣顆粒的內能降低,處于較穩定的狀態,達到表面改性的目的。


在重質碳酸鈣的工業生產中,研磨粉碎和表面改性一般是分開進行,若在重質碳酸鈣粉碎的過程中同時加入改性劑對其表面進行改性,不僅能利用粉碎的物理機械力來增強表面改性效果,還可防止重質碳酸鈣顆粒過細而導致的團聚現象發生。


此外,改性劑本身是一種優良的潤滑劑和分散劑,加入后會使顆粒間的摩擦減小,有助磨的功效,對設備也起到了一定的保護作用,使利用機械力化學改性重質碳酸鈣的工藝流程簡單化,改性效果和效率優良化。


表面沉積改性


表面沉積改性是采用合適的方法將改性劑沉淀在重質碳酸鈣的表面,是無機礦物顏料表面改性最常用的方法之一。


適合工業化生產,工藝流程簡單,通過控制反應條件,可以獲得合適的粒徑和

純度。


例如,廣東拉芳個人護理用品有限公司利用SLG型(渦流式)或PSC型(連續式)粉體表面改性機,對牙膏用磨擦劑碳酸鈣進行表面改性,制得二氧化硅包覆微米級球形碳酸鈣顆粒,在磨損值相同的情況下,將改性碳酸鈣添加于牙膏中,與氟化物的相容性得到了顯著的提高。


高能表面改性


高能表面改性是指采用強度較高、能量較集中的輻照、等離子體、超聲波等方式,對重質碳酸鈣表面進行改性處理的一種方法。


作用時產生的強沖擊波和分散力能夠極大地削弱顆粒間的相互作用,可以有效地防止顆粒間的團聚,有利于重質碳酸鈣的分散,但是此技術的改性效果不太穩定,成本較高,操作較復雜,因而在實際生產中還很難得到廣泛的應用。


小結

表面改性是提升重質碳酸鈣應用性能、提高適用性、拓展市場和用量所必須的加工技術之一。重質碳酸鈣表面改性的主要發展趨勢是:1.優化表面改性效果;2.改性重質碳酸鈣尺寸納米化;3.綠色環?;?;4.向高附加值轉化。

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