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碳酸  鈣的活化機理

　　能對碳酸  鈣進行表面改性的物質(zhì)很多,但以往的研究大多集中在用有機酸  對碳酸  鈣進行表面改性,并制成相應的活性碳酸  鈣商品。由于有機酸  在碳酸  鈣表面上的作用主要是物理吸附過程,在與樹脂的混合過程中,在碳酸  鈣與樹脂界面間提供潤滑作用,所以用有機酸  改性,可以改變物料的流變性能和加工性能,對制品的物理性能幾乎沒有改進。近年來,經(jīng)深入研究表明,用偶聯(lián)劑  對碳酸  鈣進行改性時,偶聯(lián)劑  分子的親無機端和親有機端分別能與碳酸  鈣的表面和有機樹脂發(fā)生化學反應,同時與有機樹脂產(chǎn)生纏結(jié)作用,在交聯(lián)劑  存在下,也能出現(xiàn)交聯(lián)現(xiàn)象。這一作用不僅改變了碳酸  鈣的表面極性,也增大了碳酸  鈣與有機樹脂的界面粘合力,所以用偶聯(lián)劑  改性,不僅可以改善碳酸  鈣填充制品加工性能,同時也可改善制品的物理機械性能。

對碳酸  鈣進行表面改性較為有效的是鈦酸  酯偶聯(lián)劑  和鋁酸  酯偶聯(lián)劑  。但用鈦酸  酯偶聯(lián)劑  處理過的碳酸  鈣在某些聚合物中使用時會由于氧化而變色,處理過的碳酸  鈣在存放期間或在填充制品的加工過程中,鈦酸  酯分子的親有機端易發(fā)生水解或醇解,同時鈦酸  酯的熱分解溫度也較鋁酸  酯偏低,因此選用鋁酸  酯偶聯(lián)劑  處理碳酸  鈣較為理想。用鋁酸  酯偶聯(lián)劑  活化碳酸  鈣的機理如下:鋁酸  酯偶聯(lián)劑  的分子系屬兩親結(jié)構(gòu),一端為親無機基團,一端為親有機基團。偶聯(lián)劑  作用于碳酸  鈣表面時,由于碳酸  鈣顆粒表面的鈣離子及碳酸  根離子與大氣中水分子接觸,并發(fā)生水解,產(chǎn)生具有堿  性的、疏油的羥基表面。

caco3 + h2o = ca (oh) 2 + co2 ↑             

碳酸  鈣的表面羥基可與鋁酸  酯偶聯(lián)劑  的親無機端發(fā)生化學結(jié)合,產(chǎn)生表面改性的碳酸  鈣粒子。這些表面改性的碳酸  鈣粒子與樹脂共混,偶聯(lián)劑  分子的親有機端可與樹脂的分子發(fā)生纏結(jié)作用。由于偶聯(lián)劑  的作用,使碳酸  鈣具有活化機能,提高了與有機樹脂的親和力,達到對樹脂的改性及增強效果。

碳酸  鈣特性和塑料對碳酸  鈣的基本要求

      碳酸  鈣的特性      碳酸  鈣在塑料中大量使用，得到塑料行業(yè)高度重視不是偶然的，相比起其它非金屬礦物粉  體材料，碳酸  鈣具有明顯的優(yōu)勢。      1）價格便宜 無論是重鈣還是輕鈣在各種非礦粉  體材料是價格最低的，也就是說任何一種非礦粉  體材料僅僅試圖替代碳酸  鈣作為塑料填充料使用，而不是突顯這種粉  體材料本身的特點，那是沒有意義的。      2）色澤好，易著色 且可以做淺色塑料制品。不足之處是著色的塑料制品色澤不夠鮮艷，在多數(shù)情況下還是可以接受的。

       3）硬度低 其莫氏硬度為3，遠遠低于制造加工機械設備與模具所用鋼材（如氮化鋼、高速鋼）的硬度，因此填充塑料對所接觸的設備部件（螺桿、螺筒等）和模具的磨損較輕。       4）熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性良好       在碳酸  鈣的熱分解溫度在800℃以上，在所有的塑料加工溫度下（300℃以下）都不會發(fā)生熱分解。      碳酸  鈣是強堿  弱酸  鹽  ，除遇酸  性介質(zhì)外，其化學穩(wěn)定性良好。

      5）易干燥，無結(jié)晶水，吸附的水分通過加熱容易除去。

      6）無毒、無刺激性、無味，特別是我國的方解石、大理石、石灰石資源豐富，可選擇余地大，絕大多數(shù)資源品質(zhì)優(yōu)良，特別是重金屬含量極低，達到國家衛(wèi)生級要求。

     碳酸  鈣對填充塑料性能的影響      1）對密度的影響      重鈣和輕鈣在真實密度上區(qū)別不明顯，前者為2.6~2.9g/cm3，后者為2.4~2.6 g/cm3，它們的主要區(qū)別主是要堆積密度差別顯著，工業(yè)上用沉降體積來區(qū)分重鈣和輕鈣，即在無水乙醇中2.5ml/g以上為輕鈣，而重鈣在1.2~1.9ml/g。

     堆積密度不同主要由于碳酸  鈣粉  體顆粒的晶形不同，輕鈣粒子為紡錘形（棗核形），具有一定的長徑比，而重鈣多呈破碎后的塊狀。這種顆粒形狀的差異導致在基體塑料中，碳酸  鈣粒子是以大大小小凝聚體形式像海島一樣存在的，它們所占據(jù)的空間大小也不相同。從宏觀上看，填料的添加量相同時，不同的填料，重鈣或是輕鈣，甚至目數(shù)不同的重鈣，都會造成塑料制品長度、面積或制品個數(shù)的不同。表3列出輕鈣或不同目數(shù)的重鈣填充pvc芯層發(fā)泡管材的密度變化情況。