碳酸鈣作為重要的無機填料，廣泛應用于高分子復合材料、涂料、造紙等領域，但其表面親水性強、與有機基體界面相容性差的問題限制了性能優(yōu)化。傳統(tǒng)化學改性方法常依賴偶聯(lián)劑或表面活性劑，存在工藝復雜、環(huán)境負荷高等局限性。

輻照改性技術通過高能射線（如γ射線、電子束）或等離子體輻照碳酸鈣顆粒，引發(fā)其表面物理化學結構的可控重構。輻照能量可誘導碳酸鈣晶格缺陷并生成活性自由基，促進表面羥基等官能團的重排，同時通過刻蝕作用形成微納級粗糙結構，顯著提升與聚合物基體的界面結合強度。

碳酸鈣的表面輻照處理:

丙烯酰胺在碳酸鈣粉末上的接枝聚合

1 CaCO?輻照改性

1.1 CaCO3粉末的預處理和預輻照

將在120~140℃間鼓風干燥2h，除去水分和其他揮發(fā)性成分。然后定量地稱取經(jīng)預處理過的粉末，在氮氣保護下用高能電子束進行預輻照，輻照過的粉末很穩(wěn)定，在室溫下貯放三天幾乎不影響其引發(fā)單體接枝的能力。

1.2 丙烯酰胺在預輻照過的粉末上的接枝聚合

準確稱量經(jīng)預輻照過的粉末，加入定量預先用水分散的丙烯酰胺，于進行接枝共聚反應，完畢后取出接枝共聚物用丙酮抽提8小時，真空干燥至恒重，備用。

2 結果與討論

2.1 CaCO3輻照改性

2.1.1 預輻照劑量對填料表面有機結構形成作用的影響

圖1 輻照劑量對CaCO3表面有機結構形成的影響

輻照劑量對表面有機結構形成物含量(G%)的影響如圖1所示。由圖1可以看出，當輻照劑量小于6Mrad時，表面有機形成物含量(G%)隨輻照劑量提高而顯著增加，當劑量大于6Mrad，變化不明顯，在8Mrad后基本上達到平衡。

2.1.2 活性單體用量對表面形成物含量的影響

在輻照劑量一定的情況下，改變單體加入量也可改變表面有機形成物含量，其關系如表1所示。由表1可看出，單體用量增加，有機形成物含量G%增加，但單體利用效率(已接枝的AAM重/AAM總重).下降。這說明并不是所有加入的活性單體都能在CaCO3表面參加反應并形成包覆層，這可能是由于伴隨著接枝反應的進行，體系中單體的相對濃度下降，以及接枝物的形成限制了單體向接枝層中的擴散所致。

2.2 改性碳酸鈣的結構與表面性質

2.2.1 改性碳酸鈣的紅外光譜

圖2是碳酸鈣、改性碳酸鈣，丙烯酰胺及聚丙烯酰胺的紅外光譜。比較圖2各譜可以看出：(1)聚丙烯酰胺和改性碳酸鈣在1600cm?1左右即丙烯酰胺雙鍵峰附近無吸收；(2)改性碳酸鈣中1658cm?1處出現(xiàn)酰胺特征吸收峰，該峰在聚丙烯酰胺中出現(xiàn)于同時在1425cm?1左右的特征吸收峰移至1443cm?1附近。這些現(xiàn)象表明，丙烯酰胺確實在CaCO3表面發(fā)生了反應，而且與CaCO3之間存在著明顯的化學作用。

圖2 輻照改性碳酸鈣的紅外光譜

2.2.2 改性碳酸鈣的表面性質

圖3是輻照接枝改性CaCO3對液體石蠟的接觸角和吸油率。由圖可見，隨CaCO3表面有機含量G%的增加，吸油率明顯上升，接觸角下降。這表明，的親油性得到了顯著改善，這有利于填料粒子在聚合物中的良好分散及增強填料粒子與聚合物分子間的相互作用，從而有助于提高填充復合體系的綜合性能。

圖3 輻照改性碳酸鈣的接觸角和吸油率

2.2.3 改性碳酸鈣的堆集密度和粒徑

表2列出了改性碳酸鈣的平均粒徑和堆砌密度與表面有機物含量的關系。它說明，隨CaCO3表面有機物含量的增加，其堆集密度降低，而平均粒徑略有增加，有機成分的增加降低了CaCO3表面的極性從而削弱了CaCO3粒子間的相互作用和聚集程度，因而變得更加疏松。同時的極性降低，CaCO3與液體石蠟的界面張力降低，接觸角下降。

3 結論

(1)通過電子束預輻照方法能在表面形成有機結構的包覆膜，它使CaCO3性質由親水性變?yōu)橛H油性，與液體石蠟的界面張力顯著減小，接觸角下降，這種輻照改性CaCO3與高分子材料的相容性能顯著改善。

(2)CaCO3表面有機物的形成與輻照劑量，預處理單體用量，輻照時間等因素有關。

(3)輻照接枝反應主要是按自由基反應機理進行的。

參考文獻：

王勇,李瑞海.碳酸鈣的表面輻照處理:丙烯酰胺在碳酸鈣粉末上的接枝聚合[J].成都科技大學學報, 1994(4):19-24.DOI:10.1007/BF02943514.

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