活性碳酸鈣，又稱膠質(zhì)碳酸鈣、改性碳酸鈣、表面處理碳酸鈣，在日本的商品名為 “白艷華”。其核心制備原理是通過表面改性劑對(duì)重質(zhì)碳酸鈣（簡稱 “重鈣”）或輕質(zhì)碳酸鈣（簡稱 “輕鈣”）這類普通碳酸鈣進(jìn)行表面改性，最終形成具有特殊性能的功能性粉體。

        早期活性碳酸鈣生產(chǎn)多以輕鈣為主要基料，但輕鈣存在生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本較高的問題，且生產(chǎn)過程易對(duì)環(huán)境造成污染。基于成本控制與環(huán)保需求，目前工業(yè)上已普遍采用重鈣替代輕鈣，作為制備活性碳酸鈣的核心基料。

一、活性碳酸鈣與非活性碳酸鈣（普通碳酸鈣）的核心差異

        兩者的本質(zhì)區(qū)別源于 “表面是否經(jīng)過有機(jī)改性”，具體可通過以下 6 個(gè)關(guān)鍵維度區(qū)分：
       
        1. 疏水性差異
        這是兩者最顯著的區(qū)別：活性碳酸鈣表面包覆了有機(jī)活性劑，形成較強(qiáng)的疏水層；非活性碳酸鈣（普通碳酸鈣）表面無改性層，呈親水性。鑒別方法：取少量產(chǎn)品置于清水中，攪拌一段時(shí)間后觀察 —— 若產(chǎn)品絕大部分懸浮于水面，且水質(zhì)清澈無渾濁，即為活性鈣；若產(chǎn)品全部或絕大部分沉入水底，且水體變渾濁，則為非活性鈣。

        2. 流動(dòng)性差異
        活性鈣表面被表面張力較低的有機(jī)活性劑分子包覆，粉體的比表面能顯著低于非活性鈣，顆粒間的黏滯阻力大幅降低，因此具有類似液體的流暢流動(dòng)性；非活性鈣顆粒間易團(tuán)聚，流動(dòng)性能明顯較差。注：對(duì)比時(shí)需保證溫度、濕度、產(chǎn)品含水率等環(huán)境條件一致，避免外界因素干擾。

        3. 分散性差異
        流動(dòng)性優(yōu)勢直接決定了分散性表現(xiàn)：活性鈣在應(yīng)用中能與基料（如塑料、涂料基體）實(shí)現(xiàn)良好相容，顆粒穿透能力強(qiáng)，分散均勻性高；非活性鈣分散性差，若采用普通編織袋包裝，在裝卸、使用過程中易產(chǎn)生大量粉塵。

        4. 顆粒粒度差異
        有機(jī)活性劑會(huì)降低碳酸鈣顆粒的表面能，削弱顆粒間的團(tuán)聚結(jié)合力，因此活性鈣的顆粒粒度會(huì)顯著小于非活性鈣。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，可清晰分辨兩者的粒度與顆粒形態(tài)差異 —— 活性鈣顆粒更細(xì)小、分散更均勻，非活性鈣則易形成團(tuán)聚體。

        5. 吸油值差異
        活性鈣顆粒更細(xì)小，顆粒間的空隙率隨之減小，且顆粒微觀表面因改性變得光滑平整，因此其吸油值（單位質(zhì)量粉體吸收油脂的量）低于非活性鈣。吸油值的差異會(huì)直接影響其在涂料、橡膠等領(lǐng)域的應(yīng)用性能（如涂料的成膜性、橡膠的加工流動(dòng)性）。

        6. 碳酸鈣含量差異
        活性鈣的制備需添加 1.0%~5.0% 的有機(jī)活性劑，因此其純碳酸鈣含量會(huì)比非活性鈣低 1%~5%。且粒徑越小的活性鈣（如納米級(jí)活性碳酸鈣），所需表面活性劑用量越高，對(duì)應(yīng)的碳酸鈣含量也越低。

        二、碳酸鈣表面改性常用技術(shù)（以重鈣為例）

        重鈣的表面改性核心是通過 “改性劑包覆” 優(yōu)化表面性能，常用改性劑分為硬脂酸及其鹽、偶聯(lián)劑兩大類，具體工藝與效果如下：

        1. 硬脂酸及硬脂酸鹽改性

        這是最基礎(chǔ)的改性方案，核心優(yōu)勢是成本低、工藝簡單，且改性后碳酸鈣具有一定補(bǔ)強(qiáng)作用。

        改性工藝
        1、預(yù)處理：將重鈣粉體進(jìn)行干燥，去除水分，干燥溫度控制在 100~110℃，干燥時(shí)間 0.5~1.0h（或根據(jù)含水率調(diào)整，以粉體無結(jié)塊為準(zhǔn)）；
        2、包覆反應(yīng)：將干燥后的重鈣加入高速混合機(jī)等改性設(shè)備，邊攪拌邊勻速添加硬脂酸（或硬脂酸鹽），硬脂酸用量為碳酸鈣質(zhì)量的 0.8%~1.0%；
        3、反應(yīng)控制：保持反應(yīng)溫度在 100℃左右，攪拌 15~30 分鐘，確保硬脂酸均勻包覆在重鈣顆粒表面，反應(yīng)結(jié)束后直接冷卻、包裝。

        改性效果
        改性后的重鈣可替代部分炭黑、白炭黑等補(bǔ)強(qiáng)填料：在塑料領(lǐng)域，能提升制品的耐沖擊性能；在涂料領(lǐng)域，可部分替代鈦白粉，降低配方成本的同時(shí)不顯著影響涂層白度。

        2. 偶聯(lián)劑改性
        偶聯(lián)劑能在碳酸鈣表面與有機(jī)基料（如塑料、樹脂）之間形成 “化學(xué)鍵橋”，改性效果優(yōu)于硬脂酸及其鹽，是中高端活性鈣制備的核心技術(shù)。常用偶聯(lián)劑包括鈦酸酯偶聯(lián)劑與鋁酸酯偶聯(lián)劑。

        （1）鈦酸酯偶聯(lián)劑

       根據(jù)分子結(jié)構(gòu)與耐水性差異，鈦酸酯偶聯(lián)劑分為單烷氧基型、螯合型、配位型三類，工藝需根據(jù)類型調(diào)整：

        （2）鋁酸酯偶聯(lián)劑
        鋁酸酯偶聯(lián)劑性價(jià)比高，顏色淺（不影響產(chǎn)品白度），改性效果與鈦酸酯偶聯(lián)劑相當(dāng)，工藝更簡便：

        1、預(yù)處理：將重鈣置于 100~130℃的改性設(shè)備中，邊攪拌邊烘干 10~15 分鐘，去除水分；
        2、分批次添加：將計(jì)量好的偶聯(lián)劑（用量為碳酸鈣質(zhì)量的 1%~2%）分 3 次加入，每次間隔 2~3 分鐘，確保均勻分散；
        3、反應(yīng)結(jié)束：加完偶聯(lián)劑后繼續(xù)攪拌 5 分鐘，冷卻后即可包裝。

        偶聯(lián)劑改性核心優(yōu)勢
        偶聯(lián)劑能與碳酸鈣表面的羥基形成化學(xué)鍵，在顆粒表面形成單分子包覆膜；其另一端可與高分子聚合物（如 PVC、PE）相容，相當(dāng)于在碳酸鈣與有機(jī)基料間搭建 “分子橋梁”—— 最終顯著提升復(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)度及伸長率。

三、改性效果對(duì)比總結(jié)

        通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，不同改性劑的效果存在明確差異：偶聯(lián)劑（尤其是鈦酸酯偶聯(lián)劑）的改性效果優(yōu)于硬脂酸及其鹽。具體表現(xiàn)為：

        硬脂酸改性僅能提升碳酸鈣的疏水性與基礎(chǔ)分散性，補(bǔ)強(qiáng)作用有限；
       
        偶聯(lián)劑（鈦酸酯、鋁酸酯）可通過 “化學(xué)鍵結(jié)合” 實(shí)現(xiàn)碳酸鈣與有機(jī)基料的強(qiáng)相容，不僅提升分散性，還能顯著優(yōu)化復(fù)合材料的力學(xué)性能，更適用于對(duì)性能要求較高的塑料、橡膠、高端涂料等領(lǐng)域。

       （文章來源：微信公眾號(hào)：碳酸鈣研究院）