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能对碳酸钙进行表面改性的物质很多,但以往的研究大多集中在用有机酸对碳酸钙进行表面改性,并制成相应的活性碳酸钙商品。由于有机酸在碳酸钙表面上的作用主要是物理吸附过程,在与树脂的混合过程中,在碳酸钙与树脂界面间提供润滑作用,所以用有机酸改性,可以改变物料的流变性能和加工性能,对制品的物理性能几乎没有改进。近年来,经深入研究表明,用偶联剂对碳酸钙进行改性时,偶联剂分子的亲无机端和亲有机端分别能与碳酸钙的表面和有机树脂发生化学反应,同时与有机树脂产生缠结作用,在交联剂存在下,也能出现交联现象。这一作用不仅改变了碳酸钙的表面极性,也增大了碳酸钙与有机树脂的界面粘合力,所以用偶联剂改性,不仅可以改善碳酸钙填充制品加工性能,同时也可改善制品的物理机械性能。
对碳酸钙进行表面改性较为有效的是钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂。但用钛酸酯偶联剂处理过的碳酸钙在某些聚合物中使用时会由于氧化而变色,处理过的碳酸钙在存放期间或在填充制品的加工过程中,钛酸酯分子的亲有机端易发生水解或醇解,同时钛酸酯的热分解温度也较铝酸酯偏低,因此选用铝酸酯偶联剂处理碳酸钙较为理想。用铝酸酯偶联剂活化碳酸钙的机理如下:铝酸酯偶联剂的分子系属两亲结构,一端为亲无机基团,一端为亲有机基团。偶联剂作用于碳酸钙表面时,由于碳酸钙颗粒表面的钙离子及碳酸根离子与大气中水分子接触,并发生水解,产生具有碱性的、疏油的羟基表面。
CaCO3 + H2O = Ca (OH) 2 + CO2 ↑
碳酸钙的表面羟基可与铝酸酯偶联剂的亲无机端发生化学结合,产生表面改性的碳酸钙粒子。这些表面改性的碳酸钙粒子与树脂共混,偶联剂分子的亲有机端可与树脂的分子发生缠结作用。由于偶联剂的作用,使碳酸钙具有活化机能,提高了与有机树脂的亲和力,达到对树脂的改性及增强效果。
