碳酸钙粉体表面改性技术现状与展望

碳酸钙是一种重要的、用途广泛的化工原料，作为补强剂和填充剂被广泛应用于橡胶、造纸、油墨、涂料、塑料、食品、化妆品等行业中。

1、粉体改性与碳酸钙改性

何为粉体表面改性技术？一般而言，用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面或界面进行处理，有目的地改变粉体材料表面物理化学性质的科学手段都被视为改性技术。在碳酸钙领域，粉体表面改性技术，能改变碳酸钙粉分散性差，与有机体相溶性差的劣势，能以较低的成本提高钙粉的用量，拓宽钙粉的应用范围。

以提高碳酸钙粉体分散性而言。目前，超细化是碳酸钙发展和应用的趋势，但粒径越小，表面能越高，粒子吸附作用越强，团聚现象也就越严重，最终导致碳酸钙无法应用。如果对超细碳酸钙进行表面改性，则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。

以改善碳酸钙与其他物质的相容性而言。未经表面改性处理的碳酸钙具有亲水性，极性较强，与有机聚合物相容和分散性较差，易造成复合材料出现界面缺陷，降低材料的机械强度。表面改性能让碳酸钙完成“亲油疏水”的转变，可增大碳酸钙与有机体的界面的相容性及亲和性，从而提高其与橡胶或塑料等复合材料的物理性能。

2、碳酸钙及表面改性（活性）碳酸钙

碳酸钙：PCC（轻质碳酸钙）和GCC（重质碳酸钙）是目前高聚物基复合材料中用量最大的无机填料。

轻质或沉淀碳酸钙：以石灰石为原料，通过烧、消化、碳化生产的碳酸钙产品;粒度细（初级粒子平均达到0.07mm），白度高，晶形好。

重质或细磨碳酸钙：以方解石、白垩、大理石、优质石灰石等为原料，通过细磨和超细粉碎加工直接得到的碳酸钙粉体产品。其粒度大小与粉碎工艺设备有关，最细可达0.1μm。

改性或活性碳酸钙：经过表面有机改性的碳酸钙粉体，包括活性重质碳酸钙（GCC）、活性轻质碳酸钙（PCC）、纳米碳酸钙等。

另外，还有一些表面无机包覆改性，如二氧化钛/重质碳酸钙、氧化硅/碳酸钙、氢氧化镁/碳酸钙的研究报道，但由于工艺复杂、过程环境负荷较重等原因少有产业化。

3、碳酸钙的表面改性工艺与改性剂

碳酸钙粉体要添加到高分子化合物中，需要对其进行表面改性，以改善碳酸钙与高分子材料之间的相容性。碳酸钙粉体的表面改性工艺包括干法改性方法和湿法改性方法。常用的表面改性剂有，硬脂酸、硬脂酸钠、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等。

粉体表面改性的方法和原理是粉体表面改性技术的基础，从改性技术发展的角度来看，提高表面改性效果，降低表面改性成本，发展绿色改性剂和优化改性设备等都是重要发展方向。2024年4月10日~11日，第三届全国碳酸钙产业高值化发展交流大会将在江西·吉安举行，届时中国矿业大学（北京）郑水林教授将在大会上作《碳酸钙粉体表面改性技术现状与展望》主题报告，总结各种碳酸钙的表面改性方法及技术选择、改性剂配方及其优化路径、表面改性工艺与设备及应用、表面改性效果的评价等内容。

专家简介

郑水林，工学博士，中国矿业大学（北京）教授/博士生导师；中国硅酸盐学会常务理事、矿物材料分会理事长。技术专长为非金属矿选矿与深加工、粉体表面改性、非金属矿物材料等。

曾任中国颗粒学会副理事长和中国非金属矿工业协会副会长、专家委员会副主任。累计培养研究生130多人（其中博士生30多人）；出版专著25本，发表论文500多篇（H指数37，被引数5779）；授权发明专利50多项（其中近40项已转化应用）；获省/部级及中国建材联合会、中国煤炭学会、中国石油化工联合会、中国非金属矿工业协会科技一等奖2项、二等奖4项、三等奖1项，优秀图书一等奖2项以及中绿盟绿色矿山【2019】突出贡献奖，科学中国人【2017】年度人物等荣誉。