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。
碳酸钙粉体作为无机填料在众多工业领域被广泛应用，但较低的表面活性以及与有机材料较差的相容性，限制了其应用范围和效果。因此，对碳酸钙粉体进行表面改性处理，进而制备成活性碳酸钙，以增强其与有机基质的相容性，成为提高其应用性能的关键。
依照改性剂的结构和特点，可将其划分成表面活性剂、偶联剂、聚合物表面改性剂、无机表面改性剂以及助磨改性剂等。
 1、表面活性剂
表面活性剂分子结构中具备亲水性的极性基团与亲油性的非极性基团，能有效降低表面张力或液-液界面张力，并产生引发润湿、乳化、增溶、分散、起泡及消泡等一系列效果。
表面活性剂能够通过物理吸附、化学吸附或者化学反应覆盖在碳酸钙颗粒表面，形成一层疏水性膜，进而极大地提升碳酸钙在有机基体中的相容性和分散性。例如硬脂酸及其盐等表面活性剂。
磷酸酯能够与碳酸钙粉末表面的钙离子产生反应形成磷酸沉积物，并且在碳酸钙粒子的表面构建出包覆层，从而改变其表面特性。
Rao等利用磷酸酯处理纳米无定形碳酸钙，让其转变为热力学稳定的球霰石或者方解石相，研究结果表明，当Ca2+浓度是10mmol/L并且反应温度为30℃时，所制备的纳米无定形碳酸钙具备较窄的粒径分布，在室温下能够保持60d不发生相变，从而优化对姜黄素的负载和释放特性。
脂肪酸的分子结构里包含羟基、氨基、巯基、芳香基、芳烷基等功能团，其分子一端的长链烷基结构有利于和聚合物的相容性，而另一端的亲水性基团比如羟基能够和碳酸钙分子产生化学键合作用。在液相中，脂肪酸根离子向碳酸钙表面迁移并与钙离子结合，生成难溶盐，附着在颗粒表面，经成核和生长形成单分子层，其中脂肪酸的亲油性基团使碳酸钙表面转为疏水性，防止颗粒团聚，增强其分散性和聚合物相容性。
Costa等对硬脂酸改性碳酸钙对疏水性纤维素纳米纤丝薄膜性能带来的影响展开了研究，发现改性后的碳酸钙涂层能长久粘附在薄膜上，使其具有持久的疏水性。
表面活性剂以其低成本、种类多、产量高和成熟的改性技术，广泛应用于碳酸钙表面改性中。水溶性活性剂的优势在于包覆均匀、质量较高，但干燥过程中需控制特定温度和环境条件。此外，某些活性剂在水中溶解性差或易分解，使用其他有机试剂则可能提高成本和带来安全风险。
2、偶联剂
采用偶联剂对碳酸钙粉体进行表面改性的方法是通过偶联剂分子中两个具有不同性质的基团来实现的。一个基团具备亲和无机物的特点，能够和碳酸钙表面发生反应，构建出稳定的化学键；另一个基团具有亲和有机物的特质，可以与有机高分子进行化学反应或者通过机械缠绕作用相结合，以此将碳酸钙和高分子材料连接起来，发挥增强其相容性的作用，也就是说偶联剂通过在碳酸钙表面形成分子桥，明显改进碳酸钙与高分子材料的相容性，并且能够增加填料的使用量，优化材料的流变性能。目前常用的偶联剂包括钛酸酯和铝酸酯。
Cheng等采用硅烷偶联剂（KH-550）和钛酸酯偶联剂（HY-311）结合超声对碳酸钙实施表面改性。结果表明，HY-311和KH-550偶联剂成功包覆在碳酸钙表面，两种偶联剂用量优化显著提高了碳酸钙性能。鉴于单一偶联剂的效果有限，研究者们开发了复合偶联剂，通过复合改性实现了更显著的协同增强效果。
3、聚合物改性剂
水溶性高分子材料，例如聚乙烯醇、聚丙烯酸等，可作为表面包覆或改性剂，对超细碳酸钙粉体进行包覆改性，提高碳酸钙粉体与有机基体的相容性。其改性原理是利用聚合物定向吸附在碳酸钙粒子表面，形成一层带有同种电荷的包覆层，从而相互排斥，防止粒子之间发生团聚和结块现象。此外，借助物理或化学吸附作用所形成的聚合物包覆膜，能够有效提升碳酸钙在非水介质里的分散稳定性。
当下的策略存在两种：其一，先使聚合物吸附于碳酸钙表面，接着引发聚合反应，从而形成包覆膜；其二，把聚合物溶解后和碳酸钙混合，直接在表面形成包覆层。
Hu等运用苯乙烯-丙烯酸聚合物乳液对纳米碳酸钙进行表面改性，接枝率达到了90.5%。在喷涂后通过喷雾干燥处理，成功优化了改性纳米碳酸钙在聚丙烯基体中的分散性和力学性能。
Liang等采用新型改性剂JST9001（脂肪醇聚氧乙烯醚复合改性剂）对碳酸钙进行改性，然后填充到聚氯乙烯（PVC）基体中制备碳酸钙/聚氯乙烯复合材料，以极低用量的改性剂（0.50%）使得碳酸钙的填充含量高达60%。此研究通过活化指数、油相分散稳定性和接触角考察改性剂用量对改性效果的影响，结果表明所制备的PVC基复合材料具有良好的机械性能并可降低生产成本。
4、无机物改性剂
无机电解质（如六偏磷酸钠）可以在碳酸钙表面形成一层疏水性的包覆层，这不但能够显著增大碳酸钙表面电位的绝对值，强化双电层的静电排斥作用，而且能够引发强烈的空间排斥效应，进而改善其分散性。另外，无机物还能够优化碳酸钙的水润湿性，进一步提升其分散性，并增强纳米碳酸钙的耐酸性。这类无机物包括缩合磷酸、铝酸钠、硅酸钠、磷酸酯类表面活性剂及明矾等。
例如，日本白石工业公司采用缩合磷酸（如偏磷酸或焦磷酸）对碳酸钙粉末进行表面处理，成功开发出一种改性产品。经过处理的碳酸钙在弱酸性环境（例如醋酸）中表现出优良的溶解性，其表面pH介于5.0至8.0之间，相较于未处理的碳酸钙，pH降低了1.0至5.0，并显示出卓越的耐酸性能。这类改性产品可广泛应用于塑料、造纸、橡胶、食品、涂料以及牙膏等领域。
5、助磨改性剂
在碳酸钙粉体的研磨过程中，粉体会经过“裂纹形成→裂纹扩展→裂纹断裂→裂纹再次形成”的循环。随着粉碎过程的不断进行，团聚现象逐渐显现，这不仅影响设备的产能，增加电耗和粉尘污染，还导致产品粒度分布过宽，成为碳酸钙行业普遍面临的难题。
为了解决这一问题，企业通常会在粉碎阶段加入助磨剂对碳酸钙进行表面改性。在粉碎过程中，矿物的反向解离暴露出具有较高活性的非饱和质点，而助磨剂则利用此时碳酸钙表面质点活性最强的时机进行改性。助磨剂通过吸附在粉体表面缺陷处，形成稳定的界面，降低表面缺陷浓度，从而提高粉体的球形度，改善破碎效率和粒径分布，确保最佳的包覆效果，维持其稳定性，防止二次团聚和细粉吸油量过高的问题，显著提升粉体的流动性和分散性，优化分级效果。此举不仅提升了粉厂的附加值，还促进了下游工厂提高填充量，改善加工工艺。
助磨剂的类别繁多，主要划分为极性与非极性这两大类。极性助磨剂涵盖三乙醇胺、醋酸铵、乙二醇、丙二醇、葵酸、环烷酸等等；非极性助磨剂一般为非离子型物质，像石墨、焦炭、石膏、煤、松醇等等。
另外，还存在复合型助磨剂，包含有机混合物、有机与无机的混合物以及无机混合物等类型。
然而，短链结构的助磨剂（如乙二醇）因其低沸点，在高温环境下易挥发，不仅降低磨粉效率，还可能造成环境污染。此外，乙二醇等阴离子表面活性剂在非水性分散体系中的稳定性较差，可能导致亲水基团与非极性颗粒解吸，引起拉伸制孔过程中的受力不均匀，从而导致透气孔大小不均一，进而影响透气膜的性能，降低其使用价值。因此，选择合适的助磨剂对于提升碳酸钙等无机材料的制备技术和产业升级具有重要意义。
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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