碳酸鈣作為無機(jī)填料應(yīng)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(chǎn)上廣泛的使用和大量的研究發(fā)現(xiàn)，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(huì)大幅度提高，如機(jī)械性能、熱性能等。
一、碳酸鈣概述
應(yīng)用于塑料中填料的碳酸鈣有重質(zhì)(簡(jiǎn)稱重鈣)和輕質(zhì)(簡(jiǎn)稱輕鈣)兩種。由于制備方法不同，輕鈣堆積體積大，顯得輕,實(shí)際上二者密度相差很少。
(1)輕質(zhì)碳酸鈣
輕質(zhì)碳酸鈣（Light Calcium Carbonate），又稱沉淀碳酸鈣（Precipitated Calcium Carbonate），簡(jiǎn)稱PCC。通常所說的輕質(zhì)碳酸鈣是指普通的符合國(guó)標(biāo)GB4794-84標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，輕鈣密度為2.4~2.7g/cm3，其長(zhǎng)徑為5~12μm， 短徑為1~3μm，平均粒徑為2~3μm。工業(yè)上輕鈣生產(chǎn)方法占主導(dǎo)地位的是碳化法。
輕質(zhì)碳酸鈣的特點(diǎn)
顆粒形狀規(guī)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(jù)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?yīng)條件制得。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(xì)碳酸鈣0.1~1 μm ；超細(xì)碳酸鈣0.02~0.1 μm ；超微細(xì)碳酸鈣＜ 0.02 μm。
(2)重質(zhì)碳酸鈣
重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)工藝有以下2 種：
（1） 干法：首先手選從采石場(chǎng)運(yùn)來的方解石、石灰石、白堊、貝殼等，除去脈石，然后用破碎機(jī)對(duì)石灰石進(jìn)行粗破碎，再用雷蒙（擺式）磨粉機(jī)粉碎成細(xì)石灰石粉，最后用分散機(jī)對(duì)磨粉進(jìn)行分級(jí)，將符合細(xì)度要求的粉末作為產(chǎn)品包裝入庫(kù)，否則返回再次磨粉。
（2） 濕法：先將干法細(xì)粉制成懸浮液置于磨機(jī)內(nèi)進(jìn)一步粉碎，經(jīng)脫水，干燥后便制得超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣。
重質(zhì)碳酸鈣粉體特點(diǎn)
顆粒形狀不規(guī)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(zhì)碳酸鈣按其原始平均粒徑（d）分為：粗磨碳酸鈣>3 μm ；細(xì)磨碳酸鈣1~3 μm ；超細(xì)碳酸鈣0.5~1 μm。
重質(zhì)碳酸鈣的用途
按重質(zhì)碳酸鈣粉碎細(xì)度的不同，工業(yè)上分為4 種不同規(guī)格：?jiǎn)物w粉、雙飛粉、三飛粉、四飛粉，分別用于不同的工業(yè)部門，不僅可降低產(chǎn)品成本，還可提高相關(guān)產(chǎn)品的作用和性能，起到增加產(chǎn)品體積的作用。
單飛粉（200 目）：用于生產(chǎn)無水氯化鈣，是生產(chǎn)重鉻酸鈉的輔助原料，以及生產(chǎn)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(chǎn)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?zhàn)?、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(guó)具有豐富的碳酸鈣資源，幾乎分布于全國(guó)各地，其中四川、廣西儲(chǔ)存量最大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)生產(chǎn)碳酸鈣的企業(yè)有500多家，為了適應(yīng) 塑料、造紙和涂料等行業(yè)對(duì)碳酸鈣市場(chǎng)需求，近幾年還引進(jìn)或自行開發(fā)了不少新設(shè)備、新生產(chǎn)線，生產(chǎn)微細(xì)、超微細(xì)和納米級(jí)碳酸鈣。我國(guó)目前年產(chǎn)3000t以上 的納米碳酸鈣生產(chǎn)線已達(dá)16條。
二、碳酸鈣的添加可大大降低塑料成本
在實(shí)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(yōu)化性能的作用，先必須對(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面活化處理。根據(jù)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(lián)劑、分散劑、潤(rùn)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(jī)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(chǔ)量極其豐富，制備非常簡(jiǎn)單，所以價(jià)格非常便宜。如現(xiàn)在塑料填料中最多使用的幾種粒徑的碳酸鈣(特白重質(zhì)碳酸鈣白度95含鈣 99)價(jià)格：(325~400目120元)-(600目280元)-(800目320元)-(1250目650元)/t。經(jīng)過表面活化處理以 后，價(jià)格也在2000元/t左右。而塑料粒子(聚乙烯)相對(duì)來說，價(jià)格昂貴。以管材專用料來說，國(guó)內(nèi)、國(guó)外的聚乙烯(加碳黑)的價(jià)格都在9000元/t以 上。兩者之間價(jià)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(dāng)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(nèi)(碳酸鈣填料生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù))。對(duì)于塑料和鋼塑復(fù)合管的生產(chǎn)，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(chǎn)成 本，有益于利潤(rùn)的提高。
三、碳酸鈣的改性作用
重質(zhì)碳酸鈣可增加塑料產(chǎn)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(wěn)定性；改進(jìn)塑料的加工性能、提高其耐熱性、改進(jìn)塑料的散光性、抗擦傷性、平滑度；同時(shí)對(duì)缺口抗沖擊強(qiáng)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(xué)性能
填充碳酸鈣后，由于碳酸鈣的硬度大，會(huì)提高塑料制品的硬度和剛度，力學(xué)性能增強(qiáng)。制品的抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度得到改進(jìn)，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(qiáng)度、抗彎強(qiáng)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(qiáng)度較低， 但這一缺點(diǎn)可通過添加少量短玻璃纖維而被克服。對(duì)于管材，填充碳酸鈣可提高它的幾項(xiàng)指標(biāo)，如拉伸強(qiáng)度、鋼球壓痕強(qiáng)度、缺口抗沖擊強(qiáng)度、粘流性、耐熱性等； 但同時(shí)會(huì)降低它的幾項(xiàng)韌性指標(biāo)，如斷裂延伸率、快速開裂、簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度等。
3.2、熱性能
加入填充料后，由于碳酸鈣的熱穩(wěn)定性好，可使制品的熱膨脹系數(shù)、收縮率在各方面相同下降，而不象玻璃纖維增強(qiáng)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(diǎn)，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(duì)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(xì)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(xì)，而把0.1~0.02μm范圍內(nèi)的稱之為超細(xì)，把粒徑≤0.02μm的稱之為超微細(xì)。塑料中填充超細(xì)級(jí)或更細(xì)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(gè)重要性能指標(biāo)，如何保證塑料制品同時(shí)具有良好的剛性和韌性，是長(zhǎng)期以來材料科學(xué)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(dá)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(huì)降低。20 世紀(jì)90年代，人們通過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在塑料中填充較大量的超細(xì)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(xué)性能為代價(jià)、改性塑料的力學(xué)性能隨填料填充量的增加而下降的狀況。過去對(duì)無機(jī)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(lián)劑，與載體樹脂、潤(rùn)滑劑混合后,在熔融狀態(tài)下進(jìn)行表面活化處理。新的表面活化處理工藝除采用偶聯(lián)劑外，還根據(jù)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(jī)內(nèi)進(jìn)行冷包覆。
來源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)
