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| 碳酸鈣作為塑料填料的應用要點 |
| 來源：中國粉體技術網 更新時間：2014-08-20 10:10:06 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術網/遠志）碳酸鈣作為無機填料應用于塑料填充已有多年的歷史。過去碳酸鈣一般作為填料以降低成本為主要目的被廣泛使用，并收到較好效果。近年來，隨著生產上廣泛的使用和大量的研究發現，填充大量的碳酸鈣也可做到不明顯降低制品的性能，甚至某些方面還會大幅度提高，如機械性能、熱性能等。
一、碳酸鈣概述
應用于塑料中填料的碳酸鈣有重質(簡稱重鈣)和輕質(簡稱輕鈣)兩種。由于制備方法不同，輕鈣堆積體積大，顯得輕,實際上二者密度相差很少。
(1)輕質碳酸鈣。
輕質碳酸鈣（Light Calcium Carbonate），又稱沉淀碳酸鈣（Precipitated Calcium Carbonate），簡稱PCC。通常所說的輕質碳酸鈣是指普通的符合國標GB4794-84標準的產品，輕鈣密度為2.4~2.7g/cm3，其長徑為5~12μm， 短徑為1~3μm，平均粒徑為2~3μm。工業上輕鈣生產方法占主導地位的是碳化法。
輕質碳酸鈣的特點
顆粒形狀規則，可視為單分散粉體；粒徑分布較窄；粒徑小，一般為1~3 μm。根據碳酸鈣晶粒形狀的不同，可將輕鈣分為立方錘形、立方針形、鏈形、球形、片形和四角柱形，這些不同形狀晶?？捎煽刂品磻獥l件制得。輕鈣的原始平均粒徑（d）分為：微粒碳酸鈣>5 μm ；微粉碳酸鈣1~5 μm ；微細碳酸鈣0.1~1 μm ；超細碳酸鈣0.02~0.1 μm ；超微細碳酸鈣＜ 0.02 μm。
(2)重質碳酸鈣
重質碳酸鈣生產工藝有以下2 種：
（1） 干法：首先手選從采石場運來的方解石、石灰石、白堊、貝殼等，除去脈石，然后用破碎機對石灰石進行粗破碎，再用雷蒙（擺式）磨粉機粉碎成細石灰石粉，最后用分散機對磨粉進行分級，將符合細度要求的粉末作為產品包裝入庫，否則返回再次磨粉。
（2） 濕法：先將干法細粉制成懸浮液置于磨機內進一步粉碎，經脫水，干燥后便制得超細重質碳酸鈣。
重質碳酸鈣粉體特點
顆粒形狀不規則，而且顆粒有一定的棱角，表面粗糙，粒徑分布較寬，平均粒徑一般為1~10 μm。重質碳酸鈣按其原始平均粒徑（d）分為：粗磨碳酸鈣>3 μm ；細磨碳酸鈣1~3 μm ；超細碳酸鈣0.5~1 μm。
重質碳酸鈣的用途
按重質碳酸鈣粉碎細度的不同，工業上分為4 種不同規格：單飛粉、雙飛粉、三飛粉、四飛粉，分別用于不同的工業部門，不僅可降低產品成本，還可提高相關產品的作用和性能，起到增加產品體積的作用。
單飛粉（200 目）：用于生產無水氯化鈣，是生產重鉻酸鈉的輔助原料，以及生產玻璃及水泥的主要原料，此外，也用于建筑材料和家禽飼料等。
雙飛粉（320 目）：是生產無水氯化鈣和玻璃的原料，橡膠和涂料的白色填料以及建筑材料等。
三飛粉：用于塑料、涂料膩子、涂料及膠合板的填料。
四飛粉：用于電線絕緣層之填料、橡膠模壓制品及瀝青油。
我國具有豐富的碳酸鈣資源，幾乎分布于全國各地，其中四川、廣西儲存量最大。據統計，目前我國生產碳酸鈣的企業有500多家，為了適應 塑料、造紙和涂料等行業對碳酸鈣市場需求，近幾年還引進或自行開發了不少新設備、新生產線，生產微細、超微細和納米級碳酸鈣。我國目前年產3000t以上 的納米碳酸鈣生產線已達16條。
二、碳酸鈣的添加可大大降低塑料成本
在實際使用過程中，一般不直接把碳酸鈣添加到塑料中。為使碳酸鈣能均勻分散在塑料中,起到優化性能的作用，先必須對碳酸鈣進行表面活化處理。根據最終塑料制品的成型工藝和使用性能要求，選取一定粒徑的碳酸鈣，用偶聯劑、分散劑、潤滑劑等助劑先活化處理，再加入一定量的載體樹脂混合均勻 后，用雙螺桿擠出機擠出造粒，即得碳酸鈣膜母粒。一般情況下,母粒中碳酸鈣含量為80wt%，各種助劑總含量為5wt%左右，載體樹脂為15wt%。
碳酸鈣儲量極其豐富，制備非常簡單，所以價格非常便宜。如現在塑料填料中最多使用的幾種粒徑的碳酸鈣(特白重質碳酸鈣白度95含鈣 99)價格：(325~400目120元)-(600目280元)-(800目320元)-(1250目650元)/t。經過表面活化處理以 后，價格也在2000元/t左右。而塑料粒子(聚乙烯)相對來說，價格昂貴。以管材專用料來說，國內、國外的聚乙烯(加碳黑)的價格都在9000元/t以 上。兩者之間價格相差很大，碳酸鈣在塑料中添加的越多，成本就降得越低。當然碳酸鈣不能無限度的添加，考慮到塑料制成品的韌性，碳酸鈣的填充用量一般控制 在50wt%以內(碳酸鈣填料生產廠家提供的數據)。對于塑料和鋼塑復合管的生產，塑料都是其主要的原料，大大地降低塑料成本無疑是極大地降低了生產成 本，有益于利潤的提高。
三、碳酸鈣的改性作用
重質碳酸鈣可增加塑料產品體積，降低成本，提高硬度和剛度，減小塑料制品的收縮率，提高尺寸穩定性；改進塑料的加工性能、提高其耐熱性、改進塑料的散光性、抗擦傷性、平滑度；同時對缺口抗沖擊強度的增韌效果及混煉過程中的粘流性等方面都具有明顯的效果。
3.1、力學性能
填充碳酸鈣后，由于碳酸鈣的硬度大，會提高塑料制品的硬度和剛度，力學性能增強。制品的抗拉強度和抗彎強度得到改進，并使塑料制品的彈 性模量顯著提高，與玻璃鋼相比它的抗拉強度、抗彎強度和抗彎模量與玻璃鋼大致相同，熱變形溫度一般比玻璃鋼高，唯一不如玻璃鋼的是它的缺口沖擊強度較低， 但這一缺點可通過添加少量短玻璃纖維而被克服。對于管材，填充碳酸鈣可提高它的幾項指標，如拉伸強度、鋼球壓痕強度、缺口抗沖擊強度、粘流性、耐熱性等； 但同時會降低它的幾項韌性指標，如斷裂延伸率、快速開裂、簡支梁沖擊強度等。
3.2、熱性能
加入填充料后，由于碳酸鈣的熱穩定性好，可使制品的熱膨脹系數、收縮率在各方面相同下降，而不象玻璃纖維增強熱塑性那樣，在不同方面有 不同的收縮率，加入填充料后可使制品的翹度、彎曲度變小，這是與纖維填充料相比最大的特點，制品的熱變形溫度隨著填充料的增加而增高。
3.3、輻射性
填充料對射線有一定的吸收能力，一般可吸收30%~80%入射紫外線，防止塑料制品的老化。
3.4、超細碳酸鈣的特殊改性作用
碳酸鈣的粒度也可以做成多種，通過把0.1~1μm粒徑的碳酸鈣稱之微細，而把0.1~0.02μm范圍內的稱之為超細，把粒徑≤0.02μm的稱之為超微細。塑料中填充超細級或更細的碳酸鈣，在改變制品性能方面有特殊效果。
剛性和韌性是塑料制品兩個重要性能指標，如何保證塑料制品同時具有良好的剛性和韌性，是長期以來材料科學研究的重要課題之一。為了提高 塑料制品的韌性，一般采用添加橡膠或彈性體的方法，可以達到增韌改性的目的，但卻損害了材料寶貴的剛性性能，而且材料的加工性能和耐熱性能將會降低。20 世紀90年代，人們通過大量的實驗發現，在塑料中填充較大量的超細碳酸鈣粒子后，塑料不僅剛性不受損害，韌性也得到大幅度的提高，最大可提高2~3倍。改 變了以往填充改性塑料必須以犧牲某種力學性能為代價、改性塑料的力學性能隨填料填充量的增加而下降的狀況。過去對無機填料表面活化處理一般采用鋁酸酯、鈦 酸酯、硅烷和酸式亞磷酸脂等偶聯劑，與載體樹脂、潤滑劑混合后,在熔融狀態下進行表面活化處理。新的表面活化處理工藝除采用偶聯劑外，還根據最終塑料制品 的成型工藝和使用性能要求，選擇添加一定量的增塑劑、增容劑和分散劑等，而且是常溫下在高攪機內進行冷包覆。
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