在机械粉碎过程中，重质碳酸钙会产生Ca2+和CO32-的不饱和颗粒，这些颗粒容易与吸附的水分子发生反应，形成羟基，使得重质碳酸钙具有亲水性。然而，有机聚合物则表现出亲油疏水的特性，两者的表面性质截然不同，导致重质碳酸钙在有机聚合物基体中的相容性较差，分散性不均匀，界面结合力较弱。这使得高聚物基复合材料在使用过程中容易出现界面缺陷，从而降低使用性能。因此，重质碳酸钙的表面有机改性是必要的。
本期粉体技术网特别整理了10种重质碳酸钙的表面改性配方，所涉及的工艺包括湿法和干法，改性剂则有偶联剂、硬脂酸、桐酸酸酐水解物、聚乙二醇、硅油、高分子乳液、双棕榈酰酒石酸二酯以及表面活性剂等，具体内容如下：
配方一：气流粉碎与表面改性综合处理
改性剂：采用钛酸酯偶联剂，改性剂溶液中钛酸酯偶联剂的质量分数为50%，溶剂使用无水乙醇。
改性方法：采用气流粉碎与表面改性相结合的处理方式。首先，将1.5kg的重钙颗粒放入气流粉碎腔中，然后通过蠕动泵将改性剂溶液通过雾化喷嘴喷入改性腔。同时，启动超音速粉碎喷嘴，利用高压空气对粉碎腔内的重钙颗粒进行粉碎，从而实现重钙颗粒的气流粉碎与表面改性同步进行。每5分钟对粉碎得到的超细重钙粉进行称重，同时在粉碎腔内添加相同质量的重钙粉，以保持粉碎腔内重钙粉的总质量不变。经过30分钟后，结束粉碎与改性的一体化实验。
测试与表征：通过粉碎出料速率来评估重钙颗粒的气流粉碎效果。在相同的分级轮转速条件下，若粉碎出料速率较快，则说明重钙颗粒的粉碎能耗更低，粉碎效果更佳。同时，利用粉体的粒度分布来研究改性过程对重钙超细粉粒度的影响。当重钙粉体的粒度变化不显著时，若出料速率增快，则表示粉碎效果相对较好。此外，通过超细重钙-液体石蜡体系的黏度来评估重钙粉的表面改性效果，黏度越低则表示超细重钙粉与有机基体的相容性更佳，更容易在有机基体中均匀分散，从而表明其表面改性效果更为理想。
改性效果：在气流粉碎的同时进行表面改性处理，可以提升超细重钙粉的出料速率。当粉碎气流温度为60℃，改性剂溶液中偶联剂的质量分数为50%，且改性剂溶液流量为1.5mL/min时，重钙颗粒的出料速率从21.0g/min增加到56.7g/min，提升幅度达到170%；与此同时，通过这一表面改性处理，可以获得与有机基体良好相容的重钙粉。另外，表面改性过程对超细重钙粉的粒度影响不明显，其粒度主要受分级轮转速的影响。
配方二：桐酸酸酐水解物的干法改性
改性剂：以桐油酸为原料，通过与顺丁烯二酸酐的Diels-Alder反应，合成桐酸酸酐，再经过水解得到多功能的三羧基桐酸酸酐水解产物作为改性剂。
改性方法：
（1）桐酸酸酐水解物的制备：在三口烧瓶中加入20.0克桐油酸，持续搅拌并加热至65℃保持恒温，然后加入3.6克顺丁烯二酸酐。当顺酐完全溶解后，温度升至约140℃，反应90分钟，最终获得棕黄色黏稠的桐酸酸酐。接着，将桐酸酸酐溶解于适量丙酮中，制成丙酮溶液，加入适量水进行水解，室温静置30分钟后，即可得到桐酸酸酐水解物。
（2）重质碳酸钙的干法改性：将100克重质碳酸钙干粉放入高速分散机中，升温至50℃，然后缓慢滴加一定量的桐酸酸酐水解物丙酮溶液。滴加完成后，充分搅拌混合15分钟，改性完成后将其干燥至恒定质量，粉碎并通过200目筛网，即得到改性的重质碳酸钙。
测试与表征：活化程度、吸油值、接触角和黏度，同时制备碳酸钙/PVC复合材料以测试其性能。
改性效果：在使用1.5%（质量分数）的桐酸酸酐水解物对碳酸钙进行改性时，取得了最佳效果，活化度达到83.40%。此时，吸油值降低至28.29mL/100g，黏度也减少了46.36%，水的接触角为99°。将改性后的碳酸钙填充到PVC材料中，可以使复合材料的缺口冲击强度从8.455kJ/m²提升至10.216kJ/m²，断裂伸长率从16.12%提高至24.52%。改性碳酸钙对PVC材料起到了增强韧性的作用。
配方三：采用湿法研磨对硬脂酸进行改性
改性剂：硬脂酸。
改性方法：首先称取900克粒度约为45微米的干燥碳酸钙粉末，制备成固体质量分数为75%的浆料，然后加入1%至3%的硬脂酸，硬脂酸的量是基于碳酸钙干粉的质量计算的。该浆料在42摄氏度时的初始粘度为147毫帕·秒，静置20分钟后粘度增至228毫帕·秒。此碳酸钙浆料的总体积约为600毫升。接着，将浆料放入搅拌分散机中，以每分钟1000转的速度搅拌90分钟。搅拌结束后，取出浆料并放入180摄氏度的烘干箱中进行烘干。烘干完成后，取出改性块体，并使用粉碎机以高速粉碎3分钟，最终得到改性的碳酸钙干粉。
测试与表征：粒径、表面活性、吸油能力、白度。
改性效果：在常温条件下，能够实现重质碳酸钙的研磨改性一体化工艺，经过研磨处理后，碳酸钙颗粒的粒径由45微米降至2微米。随着硬脂酸添加量的逐步增加，重质碳酸钙的活化度提升，吸油值则下降。当硬脂酸的添加量达到2%（质量分数）时，重质碳酸钙的活化度已超过98%，吸油值减少至0.267克/克。这种一体化工艺不仅能够降低重质碳酸钙的生产成本，也有助于增强产品的市场竞争力。
配方四：使用湿法球磨对硬脂酸-钛酸酯偶联剂进行改性。
改性剂：采用硬脂酸与钛酸酯复合而成的偶联剂，以及无水乙醇作为分散剂。
改性步骤：称量15.0克重钙粉末，放入球磨罐中，然后按比例取一定量的硬脂酸和钛酸酯偶联剂加入球磨罐。接着，加入无水乙醇，直到完全覆盖粉末为止。启动球磨机，对重钙粉末进行球磨改性。改性完成后，将粉末放入干燥箱，在80℃下干燥，冷却至室温后，经过研磨得出改性产品。
测试与表征内容包括：活化程度、吸油量、沉降体积以及粒度。
改性效果：经过单因素实验和正交实验的研究，确定了优化的改性工艺条件：球磨时间为1.5小时，球磨转速为350转/分钟，改性剂用量为2.0%，改性剂配比为1:3。与未经过改性的重钙粉体相比，改性后的重钙粉体显示出活化度提升、吸油值降低、沉降体积缩小和粒度减小，表明改性效果显著。在优化的工艺条件下，改性重钙粉体的活化度达到99.4%，吸油值为14.27克（以100克改性重钙粉体为基准），沉降体积为1.08毫升/克，粒度D50为1.58微米。
配方五：采用重质碳酸钙进行人造石材的干法改性。
改性剂包括聚乙二醇-200、一缩二乙二醇、三乙醇胺以及氨基硅油-804。
改性方法：采用干法改性，称取100克重质碳酸钙粉末放入三口烧瓶中，并将其置于恒温水浴锅中。启动电动搅拌器进行搅拌。当温度升至95℃时，边搅拌边加入表面改性剂。加入后继续在95℃下搅拌反应30分钟，以获得重质碳酸钙改性粉末。待改性粉末冷却后，取样进行测试和表征。
测试与表征：吸油率、红外光谱分析、热重分析。
改性效果：四种表面改性剂在降低重质碳酸钙填料吸油值方面的效果顺序为氨基硅油-804>聚乙二醇-200>三乙醇胺>一缩二乙二醇。对于同一种改性剂，不同用量的情况下，吸油值也有所不同；一般来说，改性剂的用量越大，吸油值越低。这些改性剂都与重质碳酸钙粉体表面的羟基官能团发生了化学键合作用。当氨基硅油-804的用量达到1.00%时，改性样品的吸油值可降至0.115mL/g。热重分析显示，该改性样品的热稳定性最佳，其热分解温度为325℃。
配方六：高分子乳液的干法改性
改性剂：聚合物乳液。
改性方法如下：将碳酸钙放入烘箱中，在110℃下干燥24小时，以去除水分。然后，称取一定量的干燥重质碳酸钙粉，放入三颈烧瓶中，并将其置于80℃的水浴中进行500转/分钟的电动搅拌。接着，向三颈烧瓶内添加高分子乳液，继续电动搅拌50分钟。最后，冷却后取出，即可得到改性后的重质碳酸钙。
测试与表征：活化率、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及Zeta电位。
改性效果：在温度为80℃、时间为50分钟、转速为5的条件下进行改性。文章出自粉体技术网。
