重質(zhì)碳酸鈣是由天然碳酸鹽礦物粉磨而成，在破碎與粉磨過程中暴露出不飽和質(zhì)點(diǎn)，使其顆粒表面親水疏油，很難在有機(jī)高分子基質(zhì)中均勻分散，而表面改性是提升重質(zhì)碳酸鈣應(yīng)用性能、提高適用性、拓展市場(chǎng)和用量所必須的重要手段，其目的是：
（1）降低重質(zhì)碳酸鈣的表面能，防止團(tuán)聚；
（2）提高重質(zhì)碳酸鈣在基體中的分散性；
（3）增強(qiáng)重質(zhì)碳酸鈣表面與基體的界面親和性；
（4）提高改性重質(zhì)碳酸鈣的專用性和功能性。
為了使改性重質(zhì)碳酸鈣的填充效果達(dá)到最佳，必須要考慮其應(yīng)用領(lǐng)域、加工方式、共混對(duì)象，對(duì)不同的基體和應(yīng)用領(lǐng)域有針對(duì)性地選擇合適的改性劑和改性方法。
根據(jù)重質(zhì)碳酸鈣表面改性工藝的不同，可將改性方法分為「表面化學(xué)改性、機(jī)械力化學(xué)改性、表面沉積改性、物理涂覆改性、高能表面改性」5大類。
表面化學(xué)改性
表面化學(xué)改性是利用改性劑分子中的官能團(tuán)和重質(zhì)碳酸鈣粉體表面的活性點(diǎn)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附，使改性劑包覆在重質(zhì)碳酸鈣顆粒的表面，增強(qiáng)重質(zhì)碳酸鈣與填充有機(jī)基體的相容性和分散性，從而改善復(fù)合材料的加工性能和物理力學(xué)性能，是重質(zhì)碳酸鈣工業(yè)生產(chǎn)中最主要的改性方法之一。
重質(zhì)碳酸鈣表面化學(xué)改性常用的表面改性劑包括「硬脂酸（鹽）、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、復(fù)合偶聯(lián)劑以聚合物」等。
（1）硬脂酸（鹽）
硬脂酸（鹽）是碳酸鈣最常用的表面改性劑，干法工藝可直接加入硬脂酸，濕法工藝要先將硬脂酸皂化或者使用硬脂酸鹽，如硬脂酸鈉。
為了使硬脂酸更好地分散和均勻地與碳酸鈣粒子作用，也可預(yù)先將硬脂酸用溶劑（如無水乙醇）稀釋，改性時(shí)也可適量加入其他助劑。
用硬脂酸（鹽）改性處理后的活性碳酸鈣主要應(yīng)用于填充聚氯乙烯塑料、電纜材料、膠粘劑、油墨、涂料等。
（2）鈦酸酯偶聯(lián)劑
鈦酸酯偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)劃分為6個(gè)功能區(qū)，每個(gè)功能區(qū)均有各自的特點(diǎn)。了解了其特點(diǎn)后，就可以根據(jù)待處理粉體的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，來靈活性選擇能滿足各種要求的鈦酸酯偶聯(lián)劑。
鈦酸酯偶聯(lián)劑分為單烷氧型、螯合型、配位型：?jiǎn)瓮檠跣偷奶攸c(diǎn)是含有多功能，適應(yīng)范圍廣，主要適應(yīng)處理干燥的碳酸鈣粉體。螯合型是含有乙二醇螯合基，適用于一定含水量的碳酸鈣粉體的表面改性。配位型是耐水性好，多數(shù)不溶解于水，不發(fā)生酯交換反應(yīng)，適用多種粉體的表面改性。
用鈦酸酯偶聯(lián)劑處理后的碳酸鈣，與聚合物分子有較好的相容性。同時(shí)，由于鈦酸酯偶聯(lián)劑能在碳酸鈣分子和聚合物分子之間形成分子架橋，增強(qiáng)了有機(jī)高聚物或樹脂與碳酸鈣之間的相互作用，可提高熱塑料填充復(fù)合材料的力學(xué)性能，如沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及伸長(zhǎng)率等。用鈦酸酯偶聯(lián)劑表面包覆改性的碳酸鈣和未處理的碳酸鈣填料或硬脂酸（鹽）處理的碳酸鈣相比，各項(xiàng)性能均有明顯提高。
為了提高鈦酸酯偶聯(lián)劑與碳酸鈣作用的均勻性，一般用惰性溶劑，如液體石蠟（白油）、石油醚、變壓器油、無水乙醇等進(jìn)行溶解和稀釋。如采用連續(xù)式的表面改性設(shè)備，如SLG連續(xù)式粉體表面改性機(jī)也可以不要用溶劑預(yù)先對(duì)鈦酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行稀釋。
（3）鋁酸酯偶聯(lián)劑
鋁酸酯偶聯(lián)劑以前是因易水解很少使用。近年來生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的鋁酸酯采取了部分滿足中心鋁原子配位數(shù)的特殊結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)品質(zhì)量得到很大的提高。
鋁酸酯偶聯(lián)劑具有色淺、無毒、常溫是固體、熱穩(wěn)定性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)鋁酸酯偶聯(lián)劑本身有一定的潤(rùn)滑增塑功效，所以對(duì)重質(zhì)碳酸鈣表面改性，鋁酸酯偶聯(lián)劑改性效果優(yōu)于硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。
經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)劑改性的重質(zhì)碳酸鈣常用來填充聚丙烯、聚氯乙烯、硬聚氨酯彈性體等體系，在提高填充量的同時(shí)，所得制品仍然具有良好的物理和應(yīng)用性能，極大降低了成本。
（4）復(fù)合偶聯(lián)劑
復(fù)合偶聯(lián)改性劑改性是以偶聯(lián)劑為基礎(chǔ)，與其他加工改性劑、表面處理劑、交聯(lián)劑相結(jié)
合，對(duì)重質(zhì)碳酸鈣的表面進(jìn)行復(fù)合改性處理。對(duì)重質(zhì)碳酸鈣進(jìn)行改性處理同時(shí)選擇兩種或多種改性劑，發(fā)揮每種改性劑自身的優(yōu)勢(shì)，使重質(zhì)碳酸鈣的改性效果更加優(yōu)良，更能滿足各種功能化、專業(yè)化的需求。
（5）聚合物改性劑
聚合物包覆改性包括反應(yīng)性纖維素表面處理和接枝聚合物表面處理兩類。
反應(yīng)性纖維素表面處理是將反應(yīng)性纖維結(jié)合在重質(zhì)碳酸鈣的表面，形成表面改性層，達(dá)到表面改性的目的。
接枝聚合包覆法是利用重質(zhì)碳酸鈣表面的活性點(diǎn)進(jìn)行聚合包覆反應(yīng)，聚合后的有機(jī)高分子基體包覆在重質(zhì)碳酸鈣粒子的表面上，阻止重質(zhì)碳酸鈣的團(tuán)聚，提高分散穩(wěn)定性。接枝聚合處理的重質(zhì)碳酸鈣表面與有機(jī)高分子材料表面的相似性提高，降低了重質(zhì)碳酸鈣粒子表面的極性。
利用重質(zhì)碳酸鈣表面羥基進(jìn)行接枝聚合改性制得改性重質(zhì)碳酸鈣，應(yīng)根據(jù)主體樹脂的性質(zhì)來選擇聚合的單體和預(yù)處理方式，使主體樹脂與載體樹脂的結(jié)構(gòu)相似或相同，增加改性重質(zhì)碳酸鈣與主體樹脂間的相容性。
機(jī)械力化學(xué)改性
機(jī)械力化學(xué)改性是利用粉碎、摩擦等機(jī)械手段，使重質(zhì)碳酸鈣粉體的晶格發(fā)生位移、晶型發(fā)生變化，與此同時(shí)體系溫度升高，內(nèi)能增大，大顆粒的碳酸鈣粒子不斷分解成較小甚至微米級(jí)、納米級(jí)的重質(zhì)碳酸鈣顆粒，增強(qiáng)重質(zhì)碳酸鈣顆粒表面的化學(xué)活性，易與改性劑發(fā)生化學(xué)結(jié)合或附著，使重質(zhì)碳酸鈣顆粒的內(nèi)能降低，處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，達(dá)到表面改性的目的。
在重質(zhì)碳酸鈣的工業(yè)生產(chǎn)中，研磨粉碎和表面改性一般是分開進(jìn)行，若在重質(zhì)碳酸鈣粉碎的過程中同時(shí)加入改性劑對(duì)其表面進(jìn)行改性，不僅能利用粉碎的物理機(jī)械力來增強(qiáng)表面改性效果，還可防止重質(zhì)碳酸鈣顆粒過細(xì)而導(dǎo)致的團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生。
此外，改性劑本身是一種優(yōu)良的潤(rùn)滑劑和分散劑，加入后會(huì)使顆粒間的摩擦減小，有助磨的功效，對(duì)設(shè)備也起到了一定的保護(hù)作用，使利用機(jī)械力化學(xué)改性重質(zhì)碳酸鈣的工藝流程簡(jiǎn)單化，改性效果和效率優(yōu)良化。
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）丁浩教授團(tuán)隊(duì)采用機(jī)械力化學(xué)包覆方法成功制備了碳酸鈣/鈦白粉、高嶺土/鈦白粉、水鎂石/鈦白粉、硅灰石/鈦白粉、電氣石/鈦白粉等復(fù)合顆粒材料，可替代或部分替代鈦白粉，用于化妝品、涂料、造紙、塑料等行業(yè)。
表面沉積改性
表面沉積改性是采用合適的方法將改性劑沉淀在重質(zhì)碳酸鈣的表面，是無機(jī)礦物顏料表面改性最常用的方法之一，適合工業(yè)化生產(chǎn)，工藝流程簡(jiǎn)單，通過控制反應(yīng)條件，可以獲得合適的粒徑和純度。
物理涂覆改性
物理涂覆改性是將改性劑與重質(zhì)碳酸鈣以一定的比例混合，在分散力的作用下，改性劑通過范德華力或靜電引力等物理作用力吸附在重質(zhì)碳酸鈣表面，形成單層、雙層或多層包覆層。
從物理涂覆改性定義可知，重質(zhì)碳酸鈣的表面與改性劑之間沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只是純粹的一種物理包覆，所用藥劑主要為表面活性劑、分散劑以及后來的超分散劑。
按照溶劑化鏈的單元結(jié)構(gòu)，超分散劑可以大致分為以下4種類型：聚酯型超分散劑、聚醚型超分散劑、聚丙烯酸酯型超分散劑、聚烯烴類超分散劑。
超分散劑的分子結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)表面活性劑有相似的兩親性結(jié)構(gòu)，一部分為錨固基團(tuán)，常見的有—OH、—NH2、—NR3+、—COOH、—SO3H等官能團(tuán)，它們可通過離子鍵、共價(jià)鍵、氫鍵及范德華力等相互作用緊緊地吸附在固體顆粒表面，防止超分散劑與重質(zhì)碳酸鈣表面脫附;另一部分為溶劑化鏈，如聚烯烴、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚等，適合分散在不同極性基體中。
與傳統(tǒng)表面活性劑相比，超分散劑有如下優(yōu)點(diǎn)：
①與重質(zhì)碳酸鈣顆粒表面結(jié)合力更強(qiáng)，幾乎不會(huì)發(fā)生解吸；
②聚合物的長(zhǎng)分子鏈可以更有效地防止重質(zhì)碳酸鈣粒子的再次團(tuán)聚。
這些優(yōu)點(diǎn)為超分散劑改性重質(zhì)碳酸鈣在填充塑料、顏料、油墨、涂料等行業(yè)中的廣泛應(yīng)用帶來了前景。
高能表面改性
高能表面改性是指采用強(qiáng)度較高、能量較集中的輻照、等離子體、超聲波等方式，對(duì)重質(zhì)碳酸鈣表面進(jìn)行改性處理的一種方法。作用時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波和分散力能夠極大地削弱顆粒間的相互作用，可以有效地防止顆粒間的團(tuán)聚，有利于重質(zhì)碳酸鈣的分散。
采用感應(yīng)耦合輝光放電等離子系統(tǒng)，并用氬（Ar）和高純丙烯（C3H6）混合氣體作為等離子體處理氣體對(duì)重質(zhì)碳酸鈣（1250目）粉末進(jìn)行低溫等離子體改性結(jié)果表明，經(jīng)Ar-C3H6混合氣體處理的碳酸鈣填料與聚丙烯（PP）有較好的界面黏合性。這是由于經(jīng)改性后的碳酸鈣顆粒表面存在一非極性有機(jī)層，因此降低了碳酸鈣顆粒表面的極性，提高了與聚丙烯（PP）的相容性和親和性。
