重质碳酸钙由天然碳酸盐矿物研磨而成。不饱和颗粒在粉碎研磨过程中暴露出来，使其颗粒表面亲水疏油，难以均匀分散在有机聚合物基体中。表面改性是提高重质碳酸钙应用性能、适用性、市场拓展和消耗的重要手段。其目的是:
(1)降低重质碳酸钙的表面能，防止团聚；
(2)增加基质中重质碳酸钙的含量；
(3)增强重质碳酸钙表面与基体的界面亲和力；
(4)提高改性重质碳酸钙的特异性和功能性。
为了使改性重质碳酸钙达到最佳的填充效果，需要考虑其应用领域、加工方法和共混对象，针对不同的基材和应用领域选择合适的改性剂和改性方法。
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重质碳酸钙的表面化学改性
化学改性是利用改性剂分子中的官能团和重质碳酸钙粉体表面的活性点进行化学反应或化学吸附，从而将改性剂包覆在重质碳酸钙颗粒表面，增强重质碳酸钙与填充有机基体的相容性和分散性，从而改善复合材料的加工性能和物理机械性能。
碳酸钙的表面改性方法以化学包覆为主，机械化学为辅；使用的表面改性剂有硬脂酸(盐)、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、无规聚丙烯、聚乙烯蜡等。
(1)偶联剂的改性
偶联剂是两性化合物，可分为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等。它们的改性机理是:重质碳酸钙表面的活性羟基与偶联剂分子一端的短烷氧基链发生取代反应，形成Z-O-Ca化学键，而偶联剂分子另一端的非极性长烷基链与树脂等有机基质发生机械缠绕或某种化学反应。因此，极性重质碳酸钙与非极性有机聚合物紧密结合在一起，即利用两亲性偶联剂作为中间介质，提高重质碳酸钙在树脂等有机基体中的相容性和分散性。
偶联剂改性碳酸钙的原理①硅烷偶联剂
硅烷偶联剂是发展最早、应用最广的偶联剂之一。对于一般的硅烷偶联剂，由于羟基数量少，与重质碳酸钙表面的偶联反应很难甚至不可能。只有当树脂和硅烷偶联剂具有相似的基团时，它们才能被改性。
对重质碳酸钙表面处理有效的硅烷偶联剂是一种多组分硅烷偶联剂，但这种硅烷偶联剂价格昂贵，使用复杂，给工业生产带来一些麻烦。因此，硅烷偶联剂很少用于重质碳酸钙的改性。
②钛酸酯偶联剂
钛酸酯偶联剂主要分为单烷氧基型、单烷氧基焦磷酸型、配位型和螯合型。其中，单烷氧基型适用于不含游离水，只含化学结合水或物理结合水的干填料体系，其他三类钛酸酯偶联剂对体系的含水量没有要求。
钛酸酯偶联剂改性重质碳酸钙在橡胶工业中的应用，可以减少橡胶和防老剂的用量，提高产品的耐磨性和耐老化性。单烷氧基钛酸酯偶联剂改性重质碳酸钙可以改善其在涂料中的分散性和加工流动性。
钛酸酯偶联剂虽然改性效果优异，但容易氧化变色。分解温度低；钛酸盐分子的亲有机端易于醇解或水解；不利于人类健康和生态环境，这些缺点极大地限制了其应用领域的进一步发展。
③铝酸酯偶联剂
与钛酸酯偶联剂相比，铝酸酯偶联剂具有颜色浅、无毒、室温下为固体、热稳定性高、使用方便等优点。同时，铝酸酯偶联剂本身具有一定的润滑和增塑作用，因此在重质碳酸钙的表面改性方面优于硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
铝酸酯偶联剂改性重质碳酸钙常用于填充聚丙烯、聚氯乙烯、硬质聚氨酯弹性体等体系。填充量增加的同时，产品仍具有良好的物理和应用性能，大大降低了成本。
(2)复合偶联改性剂改性
复合偶联改性剂改性是以偶联剂为基础，结合其他加工改性剂、表面处理剂和交联剂，对重质碳酸钙表面进行复合改性处理。同时选择两种或两种以上的改性剂对重质碳酸钙进行改性，发挥每种改性剂的优势，使重质碳酸钙的改性效果更好，更能满足各种功能和专业要求。
扬州田丽非金属材料有限公司和四川石棉聚丰粉体有限公司用铝酸盐、钛酸酯偶联剂和硬脂酸对重质碳酸钙进行改性，并用这种重质碳酸钙复合填料制备PVC电缆料和阻燃母料，性能优异，使用复合改性剂将成为重质碳酸钙表面改性的发展趋势之一。
(3)聚合物涂层改性
聚合物涂层改性包括反应性纤维素表面处理和接枝聚合物表面处理。
反应性纤维素的表面处理是将反应性纤维结合在重质碳酸钙表面，形成表面改性层，从而达到表面改性的目的。
福建广材炼油有限公司采用聚乙二醇对重质碳酸钙进行湿法改性，广泛应用于乳液体系中，提高了涂料体系的疏水性和应用性能，减少了润湿分散剂和消泡剂的用量。
接枝包覆法是利用重质碳酸钙表面的活性点进行聚合包覆反应，将聚合后的有机聚合物基体包覆在重质碳酸钙颗粒表面，防止重质碳酸钙团聚，提高分散稳定性。接枝的重质碳酸钙表面与有机高分子材料表面的相似性提高，重质碳酸钙颗粒表面的极性降低。
改性重质碳酸钙是通过在重质碳酸钙表面接枝聚合羟基来制备的。应该根据主体树脂的性质选择聚合单体和预处理方法，使得主体树脂和载体树脂的结构相似或相同，并且可以增加改性重质碳酸钙和主体树脂之间的相容性。
碳酸钙表面羟基接枝聚合改性原理广西贺州科隆粉体有限公司引发聚合，将聚马来酸酐-丙烯酰胺-甲基丙烯酸正丁酯包覆在重质碳酸钙表面，制备改性重质碳酸钙粉体，可用于填充PVC、聚乙烯、氯化PVC等树脂，成本低，分散性好。
(4)硬脂酸(盐)改性
磷酸、硬脂酸和碳酸钙的反应图硬脂酸(盐)、磷酸酯与重质碳酸钙粉体表面的活性Ca2+反应生成硬脂酸钙或磷酸钙，沉积或包覆在重质碳酸钙颗粒表面，从而改变碳酸钙粉体的表面性质。
硬脂酸(盐)和磷酸酯有机改性剂的一端是长链烷基，使得改性重质碳酸钙颗粒表面具有皮毛状二维弯曲结构。达到单层包覆量后，过量改性剂的非极性段和改性碳酸钙表面的非极性段继续缠结形成双层包覆，碳酸钙表面重新变成亲水性，极性增大，影响改性效果。
具有长链烷基末端的有机化合物包覆的碳酸钙结构虽然这种改性方法存在一些缺点，但其改性重质碳酸钙广泛应用于PVC、涂料、油墨、电缆料等领域。
东南新材料股份有限公司硬脂酸湿法研磨制备的改性重质碳酸钙在有机树脂中具有良好的分散性和相容性，产品性能提高很多。安徽薛城超细碳酸钙有限公司采用二甲基硅油、海藻酸、月桂酸钙等原料对超细重质碳酸钙进行改性。这种改性碳酸钙填料能有效提高涂料的附着力、柔韧性、冲击强度等指标，具有广阔的应用前景。
与其他改性剂相比，硬脂酸(盐)价格低廉，来源丰富，用该改性剂处理的碳酸钙粘度低，吸油值低，pH值适中，可单独使用或与其他改性剂配合使用，以获得更好的改性效果。
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重质碳酸钙的机械化学改性
机械化学改性是指通过机械手段如粉碎和摩擦来改变重质碳酸钙粉末的晶格和晶型。同时系统温度上升，内能增加。大颗粒碳酸钙不断分解成更小甚至微米级、纳米级的重质碳酸钙颗粒，增强了重质碳酸钙颗粒表面的化学活性，易于与改性剂发生化学结合或附着，使重质碳酸钙颗粒的内能降低，处于相对稳定的状态，从而达到表面改性的目的。
在重质碳酸钙的工业生产中，研磨和表面改性通常分开进行。如果在研磨过程中加入改性剂对重质碳酸钙进行表面改性，不仅可以利用研磨的物理机械力增强表面改性效果，还可以防止重质碳酸钙超细颗粒引起的团聚现象。
此外，改性剂本身是一种优良的润滑剂和分散剂，可以减少颗粒间的摩擦，有助于研磨，并在一定程度上保护设备，从而简化重质碳酸钙机械化学改性的工艺流程，提高改性效果和效率。
东南新材料股份有限公司采用研磨改性重质碳酸钙的生产系统和方法，提高了超细改性重质碳酸钙产品的质量，降低了超细改性重质碳酸钙产品的生产成本。
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重质碳酸钙的表面沉积改性
表面沉积改性是通过适当的方法将改性剂沉积在重质碳酸钙表面，是无机矿物颜料表面改性最常用的方法之一。适合工业化生产，工艺流程简单。通过控制反应条件，可以获得合适的粒度和纯度。
广东方腊个人护理用品有限公司利用SLG(涡流)粉体表面改性剂对牙膏用碳酸钙进行表面改性，制得包覆二氧化硅的微米级球形碳酸钙颗粒。当磨耗值相同时，将改性碳酸钙添加到牙膏中，与氟化物的相容性显著提高。
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高能表面改性
高能表面改性是指利用高强度、高能量的辐照、等离子体和超声波对重质碳酸钙进行表面改性的方法。反应产生的强烈冲击波和分散力可以大大削弱颗粒间的相互作用，有效防止颗粒团聚，有利于重质碳酸钙的分散。但该技术变质效果不稳定，成本高，操作复杂，难以在实际生产中广泛应用。
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重质碳酸钙的发展趋势
表面改性对提高重质碳酸钙的应用价值和性能具有重要作用，是重质碳酸钙的主要加工技术之一。其主要发展趋势是:
(1)优化表面改性效果。
为了提高生产效率，降低改性成本，应根据表面改性机理、基材性能和加工工艺的要求，有针对性地选择表面改性剂、辅助改性剂和改性设备。
(2)纳米改性重质碳酸钙
纳米碳酸钙会表现出与普通碳酸钙不同或异常的物理化学性质，在杀菌、透明、增韧、增强等方面发挥特殊作用。
(3)绿色环保
目前，人们一直在倡导走可持续发展的道路，因此生产环境友好的改性重质碳酸钙填料非常重要。
(4)专业化和功能化
为了满足科技进步对材料提出的更高要求，碳酸钙的改性将向特种、功能型和高附加值型转变。
