碳酸钙的神奇改性作用

传统的观念一直认为碳酸钙的作用为两个降低和一个提高：第一个是降低制品的成本，第二个是降低制品的性能;一个提高为提高复合材料的密度。降低制品成本是碳酸钙的最大优势，因为碳酸钙的价格是所有填料中价格最低的品种，用其复合的塑料制品当然价格最低。例如，添加30%碳酸钙的吹塑聚乙烯薄膜，成本可以比纯新料可以降低20%。提高复合制品密度是因为碳酸钙的密度为2.7 g/m，远远大于树脂的密度，从而导致复合材料的性能快速提升。而降低复合材料性能，是因为碳酸钙与树脂的相容性不好，难以形成良好的结合界面。

近年来，随着碳酸钙加工技术的突飞猛进，随着碳酸钙表面处理技术的飞跃发展，碳酸钙在降低制品成本的同时，也可改善制品的很多性能，而且有一些性能是独一无二的。随着微发泡技术日益成熟和空芯碳酸钙技术开发成功，碳酸钙复合材料的减重技术即将投入产业化生产。因此在这里我们有理由进行预测，未来塑料碳酸钙复合材料可以测定改变传统的两个降低和一个提高的旧帽子，变成全新的两个降低和一个提高，即降低复合产品成本、降低复合产品密度、提高复合制品性能，碳酸钙从一个传统的填充剂摇身一变成为全新的改性剂。

传统的塑料碳酸钙复合材料，并不是导致复合材料的所有性能都降低，也可以改善复合材料很多改性，但是也导致很多性能下降，本文就具体介绍碳酸钙对改性的正面作用和负面作用，以指导我们取长补短，找到碳酸钙改性的研发方向。

壹

碳酸钙的正面改性作用

一、碳酸钙环保功效

①节省石油资源

以PE中填充碳酸钙含量30%计算，每年塑料包装袋的产量300万吨，可以节省90万吨石基树脂，可少用270万吨石油。

②赋予环保性能

在焚烧处理的塑料垃圾袋中加入碳酸钙，可以提升燃烧速度，大大缩短焚烧时间。

二、碳酸钙的普遍改性功效

①提高复合材料发刚性

碳酸钙可以改善复合材料的弯曲强度、弯曲模量、硬度、耐磨性等性能，对于塑料薄膜而言，复合材料刚性的提高可以明显增加薄膜挺度，利于薄膜平整卷曲。

②提高复合材料的尺寸稳定性

尺寸稳定性的提高体现在降低收缩率、降低翘曲、降低线膨胀系数、降低蠕变、有利于各向同性等，碳酸钙填充可以明显改善尺寸稳定性。

③提高复合材料的耐热性

碳酸钙可以提高复合材料热稳定性，原因为碳酸钙可以吸收促进分解的物质。

④改善薄膜的抗撕裂性能

一般的塑料薄膜都存在纵向强度高、横向强度低的缺点，尤其是PBS、PLA、PHA类脂肪族聚酯薄膜更明显。加入碳酸钙后，可以使复合材料各向同性程度提高，明显提高抗撕裂性能。

三、碳酸钙的特殊改性性能

①对拉伸和冲击性能的影响

一般粒径在1000目以下，主要用于增量改性;粒径在1000~3000目，添加量在10%以下，有一定改性效果;粒径在5000目以上，属于功能碳酸钙，具有明显的改性效果，可以改善拉伸强度、冲击强度。纳米级碳酸钙虽然粒度更细，但因目前难以分散，只能做到与8000目碳酸钙一样的改性效果。

②燃烧时的抑烟作用

CaCO3具有优异的抑烟作用，其原理在于它可以和烟雾中的卤化氢反应(捕捉)，使之生成稳定的CaCl2。因此凡在燃烧时产生卤化氢的聚合物，如氯乙烯、氯磺化聚乙烯、氯丁橡胶等，都可以用CaCO3作为抑烟剂。

③抗粘连剂

含有碳酸钙的吹塑筒状薄膜开口性好，卷曲时不会产生粘连，碳酸钙起到了开口剂的效果。

④增大导热速率

以在PVC片材中加入25%轻质碳酸钙为例，加热到200℃温度时仅仅需要3.5秒，而纯PVC片材需要10.8秒，导热速率提高3倍之多。

⑤提高流动性

碳酸钙可以提高复合体系的流动性，减少熔体粘度和挤出机扭矩，增加挤出机产量，提高生产效率。不同品种碳酸钙对流动影响不同，具体复合材料流动性大小顺序大方解石碳酸钙>大理石碳酸钙、白云石碳酸钙>小方解石碳酸钙>轻质碳酸钙。

⑥配色性能

替代部分白色颜料：高白度的碳酸钙可以替代部分白色颜料如钛白粉，从而节省高昂价格钛白粉的含量，大方解石碳酸钙因为白度高、遮盖力大而成为首选。

⑦增加透气性

填充碳酸钙的塑料薄膜，在拉伸时会在薄膜中产生微小气孔，只能透过水蒸气而不能透过液体水，因此可用于生产透气塑料制品,例如典型的透气膜就是铜大量碳酸钙填充和薄膜拉伸制成的。生产透气薄膜用碳酸钙一般只能选择3000目的碳酸钙，而且粒径分布要绝对窄。

⑧起到成核作用

纳米CaCO3对聚丙烯的结晶成核有诱导作用，可以增加了β晶含量，从而提高了聚丙烯的冲击韧性。

⑨降低PA塑料的吸水性

PA/碳酸钙复合材料的吸水性要低于PA纯树脂，例如在PA6中填充25%的碳酸钙，复合材料的的吸水率降低56%。

⑩改善表面性能

碳酸钙可以增加复合材料的表面张力，并且具有优异的吸附性，因此可以改善复合材料的电镀性、涂覆性和印刷性能。

贰

填料的负面改性作用

一、增大复合材料密度

树脂中加入碳酸钙后，复合材料的密度迅速增大，这样对于以个数、长度或面积销售的产品，密度增大会抵消部分成本优势。当然不同品种碳酸钙增重的程度稍有不同，具体密度大小顺序为轻质碳酸钙<大方解石碳酸钙<大理石碳酸钙<白云石碳酸钙<小方解石碳酸钙。

如何降低碳酸钙复合塑料的密度呢?

①制品拉伸减重

拉伸可以在塑料于碳酸钙之间产生形变空隙，可以小幅度降低符合制品的密度，例如拉伸的30%碳酸钙填充聚乙烯薄膜的密度为1.1g/cm，而未拉伸的30%碳酸钙填充聚乙烯薄膜的密度为1.2g/m。拉伸成型的塑料制品如扁丝、吹塑膜、打包带、撕裂膜等。

②空心填充减重

利用简便、低成本的无机粉体空芯化技术，可以方便的将碳酸钙制成空芯产品，大大降低其密度，碳酸钙空芯产品密度最低可以降低到0.7g/cm左右。

二、降低复合材料的光泽

对复合材料制品表面光泽度的影响与碳酸钙的加工方法和品种有关，具体复合材料的光泽度大小顺序为湿法工艺>干法工艺(轻质碳酸钙>大方解石碳酸钙>大理石碳酸钙>小方解石碳酸钙>白云石碳酸钙)。

三、降低复合材料的透明性

碳酸钙的折射率与聚乙烯和聚丙烯等常用树脂相差很大，因此常规尺寸的碳酸钙填充会影响薄膜的透明度，只有尺寸在200纳米以下的纳米碳酸钙，因为光波可以绕过才可以不影响复合制品的透明性。

四、降低复合材料的断裂伸长率

碳酸钙的高刚性会降低复合材料的原有延展性，降低了大分子链的运动能力，从而导致制品的断裂伸长率下降。

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