（中国粉体技术网/文龙）碳酸钙晶须是近年出现的一种新型针状材料，因其结晶形式为单晶，晶体内部几乎无缺陷，具有强度高、模量高、耐热与隔热性好等优良特性，与塑料复合时和基体树脂的相容性好，可以改善制品的加工性能，提高力学性能，以广泛应用于汽车、塑料、电气部件制造、高光洁度结构部件制造等领域。
    由于CaCO₃表面CO₃^2-离子有相当大比例可被水解，导致粒子表面因存在大量羟基而变为亲水疏油，在有机介质中难于均匀分散，与基料之间没有结合力，易造成界面缺陷，必须对CaCO₃晶须进行表面改性。通过改性，可以减小CaCO₃颗粒间的附聚力，改善在基体中的分散性及稳定性，降低两相界面张力，调节疏水性，提高与有机基料之间的润湿性和结合力，进而改善复合材料的性能。
    本文采用几种改性剂对碳酸钙晶须进行表面改性，从中选择改性效果较好的改性剂进行条件试验，分别考察改性剂用量、改性温度、改性时间、搅拌转速、烘干温度等因素对碳酸钙晶须表面改性效果的影响，得出最佳的改性工艺技术。

1. 实验部分
1.1 实验原料
    文石相碳酸钙晶须，文石相质量分数为87.9%，晶须平均长度为22.8μm，平均长径比为14.1。
1.2 实验试剂
    硬脂酸、硬脂酸钠、十八酸锌、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、钛酸酯NDZ101、钛酸酯NDZ401、铝酸酯、聚丙烯酰胺和硅烷KH570，均为分析纯。
1.3 实验设备
    数显悬臂式搅拌机，RW20.n型；接触角测量仪，HARKE-CA型。
1.4 改性方法
    取不同质量分数的碳酸钙晶须料浆300mL，水浴加热搅拌，一定温度下逐渐加入改性剂的10mL无水乙醇溶液，改性处理一定时间后趁热过滤，干燥后即得到改性碳酸钙晶须产品。

2. 样品表征
    活化指数法通过测定水上的漂浮量，反映矿物粉体的改性程度。采用接触角测定仪，测定水滴的接触角θ，取三次的平均值为该样品的接触角。

3. 结果与讨论
3.1 改性剂种类对碳酸钙晶须改性效果的影响
    实验采用了以下几种改性剂。由表1可以看出，钛酸酯NDZ101、硬脂酸钠、硬脂酸和十八酸锌改性后产品的活化指数最大，其余的改性剂效果明显比较差，甚至不起作用，接触角的测定结果也说明了这一点，有的产品甚至将水珠吸收。在三种改性剂中硬脂酸钠改性产品的接触角最大，且成本较低，所以选用硬脂酸钠作为碳酸钙晶须的改性剂。

表1 不同改性剂对碳酸钙晶须改性效果的影响

3.2 改性剂用量的影响
    不同的改性剂用量对碳酸钙晶须改性效果的影响如图1所示。

图1 改性剂用量与活化指数和接触角的关系曲线

    通过图1，本试验最终确定硬脂酸钠改性碳酸钙晶须的最佳改性剂用量为3%。
3.3 改性时间的影响
    不同的改性时间对碳酸钙晶须改性效果的影响见图2。

图2 改性时间与活化指数和接触角的关系曲线

    由图2可知，改性时间短，硬脂酸钠不能完全吸附在碳酸钙晶须表面，改性时间为20min时，活化指数及接触角达到最大，说明改性剂已完全包覆在碳酸钙晶须的表面。随着改性时间的延长，由于剧烈的搅拌，有一部分物理吸附在物料表面的改性剂又发生脱落，所以选定改性时间为20min。
3.4 改性温度的影响
    不同的改性温度对碳酸钙晶须改性效果的影响见图3。

图3 改性温度与活化指数和接触角的关系曲线

    在室温20℃下对碳酸钙晶须进行改性时，活化指数、接触角已达99.4%和125.85℃，随着改性温度的升高，活化指数和接触角的数据没有大的变化，但所得改性产品烘干后较为蓬松，解聚更为容易，另外考虑到节能等因素，选择改性温度为80℃。
3.5 搅拌转速对碳酸钙晶须改性效果的影响
    搅拌转速对碳酸钙晶须改性效果的影响见图4。

图4 搅拌转速与活化指数和接触角的关系曲线

    随着搅拌转速的增加，活化指数和接触角逐渐增大，说明搅拌转速越大，改性剂和碳酸钙晶须的分散性越好，改性剂分子和碳酸钙晶须接触的机会越多，改性越均匀，且搅拌转速越大，所得产品在烘干后越松散，解聚越容易。当搅拌转速达到1500 r/min时，活化指数达到最大，接触角也达到147.22°，综合考虑各因素，选择最佳搅拌转速为1500 r/min。
3.6 烘干温度对碳酸钙晶须改性效果的影响
    烘干温度对碳酸钙晶须改性效果的影响见图5。

图5 烘干温度与活化指数和接触角的关系曲线

    当烘干温度小于100℃时，随着烘干温度的增加，活化指数及接触角都逐渐增大；当烘干温度达到100℃时，活化指数达到最大值100%，接触角达到146.66°，随着烘干温度继续增大，活化指数和接触角反而减小，产品的白度逐渐降低。当烘干温度达到150℃时，产品甚至变为深黄色，这是由于吸附在碳酸钙晶须表面的改性剂颜色发生了变化造成的。

4. 结论
    硬脂酸钠改性碳酸钙晶须的最佳试验条件是：改性剂用量3%，改性温度80℃，改性时间20 min，搅拌转速1500 r/min，烘干温度100℃，烘干时间3 h。在最佳试验条件下，改性产品的活化指数为100%，接触角为146.66°。

 

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