碳酸鈣是一種重要的無機化工產品。由于價格低廉,原料廣泛且無毒性,廣泛地應用于塑料、橡膠、油漆、涂料、油墨、造紙、化妝品、牙膏和食品等行業中。但是由于碳酸鈣粉體為親水性無機化合物,其表面有親水性較強的羥基,呈現較強的堿性。其親水疏油的性質使得碳酸鈣與有機高聚物的親和性差,易形成聚集體,造成在高聚物內部分散不均勻,從而易造成兩材料間界面產生缺陷,直接應用效果不理想。并且隨著填充量的增加,這些缺點更加明顯,過量填充甚至使制品無法使用。因此,為了提高碳酸鈣的補強作用以及在復合材料中的分散性能和改進碳酸鈣填充復合材料的物理性能,有必要采用不同處理方法對碳酸鈣粉末進行表面改性,進而拓寬了碳酸鈣的應用領域,使其成為一種功能性補強填充改性材料。

利用等離子體對碳酸鈣粉體填料進行表面處理是新發展的一種填料改性技術。這種方法主要是采用輝光放電等離子體系統,并用一種或多種氣體為等離子體處理氣體,通過反應在碳酸鈣表面形成一層有機包覆膜,從而改變碳酸鈣填料表面的性質,達到改性目的。這種改性的碳酸鈣填料粉體能夠有效改善填充基體材料的使用性能,具有良好的應用價值。

等離子體表面改性機理

等離子體是物質在高溫或特定激勵下的一種物質狀態。它是由大量正負帶電粒子和中性粒子組成的,并表現出集體行為的一種中性氣體。是除固態、液態、氣態外,物質的第4種狀態。

等離子體對碳酸鈣粉體的表面改性主要是利用等離子體聚合技術。等離子體聚合技術是通過激勵活化有機化合物單體,形成氣相自由基,當氣相自由基吸附在固體表面時,形成表面自由基,表面自由基與氣相原始單體或等離子體中產生的衍生單體,在表面發生聚合反應,生成大分子量的聚合物薄膜。

粉體等離子表面改性設備

等離子體改性碳酸鈣粉體的特性

潤濕性

碳酸鈣粉體經等離子體處理后,其表面生成了一層有機包覆層,因此其表面潤濕性會發生較為明顯的變化。經過等離子體處理后碳酸鈣粉體表面由接觸角明顯增大,表面性質由親水性向親油性轉變。

浸潤熱

浸潤熱在固體表面存在亞穩態活性物質時其值較大,而在固體表面由完整分子排列時其值較小。經等離子體處理后的碳酸鈣粉體浸潤熱普遍增大。這說明等離子體處理可提高碳酸鈣粉體表面能量狀態。

用等離子體對碳酸鈣粉體填料進行表面處理是新發展的一種填料改性技術。碳酸鈣粉體進行等離子體表面改性的最終目的是為了得到與基體具有良好相容性,從而可以提高基體材料的使用性能。