改性会议：2025年功能粉体表面改性技术应用创新发展大会将于11月8日在南京召开，报名请联系冯经理18301216601，涉及非金属矿粉体企业：碳酸钙、方解石粉、硅微粉、滑石、重晶石、硫酸钡、硅灰石、高岭土、膨润土、云母、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、电气石粉等；功能性粉体企业：氢氧化镁、氢氧化铝、氧化铝、钛白粉、白炭黑、氧化铁红、珠光云母、导热填料、氧化锌、勃姆石、粉煤灰、碳化硅、玻璃微珠、铝粉、铜粉、纳米粉体等；硬脂酸、偶联剂等药剂和改性设备企业；塑料、橡胶、涂料等粉体材料下游应用企业。
直接将碳酸钙粉体加入塑料时，其分散性较差，以母粒的形式添加更为方便高效，且不同功能性助剂还可赋予塑料特殊功能，如抗静电性、阻燃性、增韧效果、耐磨损性、抗菌能力和抗氧化性等。
相较于碳酸钙粉体，功能母粒具备更高的灵活性和多样性，工艺简单，便于实现自动化生产，且能在生产过程中降低环境污染，有助于推动清洁生产。
另外，在塑料加工过程中，通过将功能母粒添加到塑料原料中，可以显著提升碳酸钙填料的分散性、提高塑料加工效率，并改善最终产品的性能。
1、碳酸钙母粒制备技术
填充母料是一种新型的填料，通常由母料填料、偶联剂、分散剂和载体树脂四个主要组成部分构成。
（1）超细碳酸钙的活化改性预处理
选择合适粒径和纯度的碳酸钙粉体作为填充剂，对其和树脂载体进行预处理，以利于后续的熔融混合过程。借助偶联剂或者其他表面活性剂对碳酸钙粉体实施表面改性，以此来提升其与树脂的相容性。
但需要注意的是，碳酸钙的原料，如大理石和方解石，通常不含结构水，但在加工成超细粉体后，其易吸湿，尤其在加工和储存过程中。此外，碳酸钙中可能含有少量易挥发物质，若含量过高，会影响改性母料的质量。
因此，控制水分含量对确保改性母料的质量至关重要。常用的方法是利用高速混合机进行加热干燥处理，以有效去除水分。
（2）碳酸钙母粒的制备
碳酸钙母粒的制备是通过按照特定配方比例，将改性碳酸钙粉体与熔融状态下的树脂载体在高速混合机中均匀混合而成。常用的方法是干混和湿混。
“干混”是将碳酸钙粉体与未熔融状态下的树脂载体在高速混合机中充分搅拌混合，此阶段主要目的是确保碳酸钙能够均匀分散，从而提高母粒的质量。干混完成后，物料可直接送入挤出机进行后续熔融混合。
“湿混”通常是指在树脂载体处于熔融状态时，与碳酸钙进行混合的过程。
2、母粒制备的连续工艺
母粒制备的连续工艺包括：原料准备→熔融和混合→挤出成型→切割、筛分和包装。高速混合机将原料进行均匀混合，双螺杆挤出机加热树脂至熔融状态，可以提供更好的分散效果和更高的效率，再用单螺杆挤出母粒，之后冷却、切粒和干燥及筛分和包装。
（1）原料准备
选择合适的原料，如树脂、添加剂及填料等，对生产母粒所需的原料进行预处理，包括干燥、研磨及混合等，确保原料的质量和性能满足要求。
（2）熔融和混合
将预处理后的原料送入挤出机，通过加热使原料熔融，并在挤出过程中加入各种功能性添加剂，如颜料、抗氧剂、紫外线吸收剂等，进行充分混合。
（3）挤出成型
熔融混合后的物料经过挤出机模具，形成特定形状和尺寸的条状或管状物。
（4）冷却
挤出后的条状或管状物料通过冷却装置进行冷却，以便固化成型。
（5）切割
冷却后的物料通过切割装置进行切割，形成规定长度和直径的母粒。
（6）筛分和包装：切割后的母粒经过筛分，剔除不合格颗粒，然后进行包装，以备后续使用或销售。
在制备过程中，温度控制、喂料速度、螺杆设计等是关键参数。连续工艺通常采用自动化控制系统，确保生产过程的稳定性和产品一致性。温度控制需贯穿整个挤出过程，精确调控物料温度，以确保物料的质量与性能。
连续工艺的优势在于能够实现高效连续生产，降低能耗与设备投资成本，同时提高产品质量的稳定性。
3、常见的碳酸钙母粒种类
（1）聚丙烯基母粒
作为一种通用热塑性塑料，聚丙烯具有良好的力学性能，及其他许多突出的优点。但由于其非极性特性，聚丙烯在低温下易脆、成型收缩率较大、易老化等问题限制了其应用及发展。碳酸钙作为一种无机填料，在加工助剂的辅助下，可减低成本并增强、增韧聚合物。
熊文等通过将粒径约为70nm的超细碳酸钙与聚丙烯及铝酸酯/聚乙烯蜡（比例为1∶1）按特定比例混融，成功制备了高填充纳米碳酸钙母粒。该母粒在聚烯烃体系中具有良好的应用前景。聚乙烯蜡具有较低的熔点，能够与聚丙烯良好相容，帮助快速包覆碳酸钙颗粒，改善其分散性。同时，硬脂酸酯偶联剂可在碳酸钙粒子的新界面处发生化学或物理作用，形成有机分子层，以防止碳酸钙粒子的二次团聚，并通过其亲无机端与碳酸钙表面、亲有机端和聚丙烯发生化学反应或形成物理缠绕结构，从而提高无机填料与有机树脂的界面相容性，增强制品的力学性能。
（2）聚苯乙烯（PS）基母粒
聚苯乙烯作为通用塑料中的第三大类，具备优良的尺寸稳定性与电绝缘性能，被广泛运用于光学仪器、化工领域以及日用品的制造当中。但是，PS的脆性较大，耐环境应力开裂以及耐溶剂的性能欠佳，热变形温度相对较低，冲击强度也不高。所以，增强其韧性，制备综合性能出色的PS材料成为当下备受关注的重要课题。
研究显示，纳米碳酸钙对于材料冲击强度的增韧作用十分显著，同时能够提高材料的弯曲强度、弯曲弹性模量、热变形温度以及尺寸稳定性，还能赋予材料良好的滞热性。
Pashmforoush等研究者运用共混改性技术，将PS与纳米碳酸钙当作原料，制成了碳酸钙/聚苯乙烯纳米复合材料。通过针对碳酸钙展开表面处理，对载体进行熔融改性，让二者的物理化学性质趋于相近，并且在挤出机螺杆剪切力的作用之下，提升填料在载体当中的分散速度，达成均匀分散的效果。在成型的进程中，碳酸钙粒子进入到分散性弹性体的内部，由此增大弹性体的有效增韧体积。获得的结果表明，由于PS基质和碳酸钙纳米颗粒之间更强的相互作用力，纳米颗粒和聚合物基质之间的结合能越高，性能就会得到更好的改善。
（3）聚氯乙烯基母粒
聚氯乙烯作为用量最多的树脂之一，其改性研究一直是材料科学领域的热点。在众多改性方法中，聚氯乙烯/弹性体/无机刚性粒子三元复合体系因能有效平衡材料的力学性能而受到广泛关注。引入弹性体能够有效地增强聚氯乙烯的韧性，不过与此同时也会致使其拉伸强度、弯曲强度以及模量降低。
相对而言，刚性无机物填料能够提升聚合物的刚性，但却会让材料的韧性下降。伴随纳米技术的进步，鉴于纳米粒子的独特属性，例如较高的比表面积以及处于高度活化状态的表面原子，还有它们和聚合物界面的强相互作用，促使聚合物/纳米粒子复合材料变成新的研究重点。
王士财等通过对纳米碳酸钙进行表面改性，并探究聚氯乙烯（PVC）/氯乙烯-丙烯酸乙酯共聚物（VC/EA）/纳米碳酸钙（n-碳酸钙）三元复合体系的加工工艺，成功制得了（PVC）（/VC/EA）/n-碳酸钙高性能复合材料。研究显示，采用把VC/EA共聚物与纳米碳酸钙制成复合母粒，再和PVC共混的二次分散工艺，有益于纳米碳酸钙在基体中的均匀分散，明显提高了材料的力学性能，而且碳酸钙与VC/EA之间的协同增韧效应提高了材料的冲击强度。
邓传福等利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）对纳米碳酸钙进行特殊表面改性，探究了改性纳米碳酸钙对PVC复合材料综合性能的影响。研究发现在湿法改性阶段引入过量的羟基，有助于提升硅烷偶联剂的接枝包覆效果，获得分散性和加工性均较好的纳米填料，有效改善PVC复合材料的热稳定性，促进塑化过程，实现复合材料的增强增韧效果。
资料来源：《张毅,王志远,廉丽,等.超细碳酸钙粉体的表面改性及其功能母粒的研究进展[J].化学研究,2025,36(03):222-238》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！
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