碳酸 钙的活化机理
能对碳酸 钙进行表面改性的物质很多,但以往的研究大多集中在用有机酸 对碳酸 钙进行表面改性,并制成相应的活性碳酸 钙商品。由于有机酸 在碳酸 钙表面上的作用主要是物理吸附过程,在与树脂的混合过程中,在碳酸 钙与树脂界面间提供润滑作用,所以用有机酸 改性,可以改变物料的流变性能和加工性能,对制品的物理性能几乎没有改进。近年来,经深入研究表明,用偶联剂 对碳酸 钙进行改性时,偶联剂 分子的亲无机端和亲有机端分别能与碳酸 钙的表面和有机树脂发生化学反应,同时与有机树脂产生缠结作用,在交联剂 存在下,也能出现交联现象。这一作用不仅改变了碳酸 钙的表面极性,也增大了碳酸 钙与有机树脂的界面粘合力,所以用偶联剂 改性,不仅可以改善碳酸 钙填充制品加工性能,同时也可改善制品的物理机械性能。
对碳酸 钙进行表面改性较为有效的是钛酸 酯偶联剂 和铝酸 酯偶联剂 。但用钛酸 酯偶联剂 处理过的碳酸 钙在某些聚合物中使用时会由于氧化而变色,处理过的碳酸 钙在存放期间或在填充制品的加工过程中,钛酸 酯分子的亲有机端易发生水解或醇解,同时钛酸 酯的热分解温度也较铝酸 酯偏低,因此选用铝酸 酯偶联剂 处理碳酸 钙较为理想。用铝酸 酯偶联剂 活化碳酸 钙的机理如下:铝酸 酯偶联剂 的分子系属两亲结构,一端为亲无机基团,一端为亲有机基团。偶联剂 作用于碳酸 钙表面时,由于碳酸 钙颗粒表面的钙离子及碳酸 根离子与大气中水分子接触,并发生水解,产生具有碱 性的、疏油的羟基表面。
caco3 + h2o = ca (oh) 2 + co2 ↑
碳酸 钙的表面羟基可与铝酸 酯偶联剂 的亲无机端发生化学结合,产生表面改性的碳酸 钙粒子。这些表面改性的碳酸 钙粒子与树脂共混,偶联剂 分子的亲有机端可与树脂的分子发生缠结作用。由于偶联剂 的作用,使碳酸 钙具有活化机能,提高了与有机树脂的亲和力,达到对树脂的改性及增强效果。
碳酸 钙特性和塑料对碳酸 钙的基本要求
碳酸 钙的特性 碳酸 钙在塑料中大量使用，得到塑料行业高度重视不是偶然的，相比起其它非金属矿物粉 体材料，碳酸 钙具有明显的优势。 1）价格便宜 无论是重钙还是轻钙在各种非矿粉 体材料是价格最低的，也就是说任何一种非矿粉 体材料仅仅试图替代碳酸 钙作为塑料填充料使用，而不是突显这种粉 体材料本身的特点，那是没有意义的。 2）色泽好，易着色 且可以做浅色塑料制品。不足之处是着色的塑料制品色泽不够鲜艳，在多数情况下还是可以接受的。
3）硬度低 其莫氏硬度为3，远远低于制造加工机械设备与模具所用钢材（如氮化钢、高速钢）的硬度，因此填充塑料对所接触的设备部件（螺杆、螺筒等）和模具的磨损较轻。 4）热稳定性及化学稳定性良好 在碳酸 钙的热分解温度在800℃以上，在所有的塑料加工温度下（300℃以下）都不会发生热分解。 碳酸 钙是强碱 弱酸 盐 ，除遇酸 性介质外，其化学稳定性良好。
5）易干燥，无结晶水，吸附的水分通过加热容易除去。
6）无毒、无刺激性、无味，特别是我国的方解石、大理石、石灰石资源丰富，可选择余地大，绝大多数资源品质优良，特别是重金属含量极低，达到国家卫生级要求。
碳酸 钙对填充塑料性能的影响 1）对密度的影响 重钙和轻钙在真实密度上区别不明显，前者为2.6~2.9g/cm3，后者为2.4~2.6 g/cm3，它们的主要区别主是要堆积密度差别显著，工业上用沉降体积来区分重钙和轻钙，即在无水乙醇中2.5ml/g以上为轻钙，而重钙在1.2~1.9ml/g。
堆积密度不同主要由于碳酸 钙粉 体颗粒的晶形不同，轻钙粒子为纺锤形（枣核形），具有一定的长径比，而重钙多呈破碎后的块状。这种颗粒形状的差异导致在基体塑料中，碳酸 钙粒子是以大大小小凝聚体形式像海岛一样存在的，它们所占据的空间大小也不相同。从宏观上看，填料的添加量相同时，不同的填料，重钙或是轻钙，甚至目数不同的重钙，都会造成塑料制品长度、面积或制品个数的不同。表3列出轻钙或不同目数的重钙填充pvc芯层发泡管材的密度变化情况。
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