碳酸钙的改性作用

 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/m³，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。

1碳酸钙的正面改性作用
1碳酸钙的环保功效
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。具体原因为塑料薄膜中有碳酸钙在燃烧时遇热膨胀而产生无数微细小孔，增大了与氧气接触的可燃烧面积，促进燃烧速度。例如，含有30%碳酸钙的聚乙烯塑料膜，燃烧时间由纯塑料膜的12秒降低到4秒。填充碳酸钙的塑料膜，由于碳酸钙的灯芯作用，可以促使焚烧更彻底，减少黑烟的释放量。还可以利用薄膜中碳酸钙的碱性，吸收大量分散产生的酸性气体，降低毒烟的释放量，大大减少酸雨产生的几率。
日本规定焚烧的塑料垃圾袋必须含有30%的碳酸钙，填充了碳酸钙在焚烧时除了燃烧速度快外，可降低发热量、不滴落、不冒黑烟，减轻二次公害，且不损伤焚化炉。
2碳酸钙的普遍改性功效
1提高复合材料的刚性
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。例如PBAT/碳酸钙复合材料的热稳定性明显高于纯PBAT。再如，尤其是在PVC制品中加入轻质碳酸钙，可以吸收分解产生的氯化氢，大大改善PVC的加工热稳定性。
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。
3碳酸钙的特殊改性性能

1对拉伸和冲击性能的影响

并不是所有的碳酸钙都可以提高塑料薄膜的拉伸强度和冲击强度，具有受到碳酸钙粒度的影响和表面处理的影响。

粒度大小的影响：碳酸钙的粒度不同，对塑料的改性效果不同，具体见表1所示。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。

表1 不同粒径的重质碳酸钙对PP复合材料的性能影响
从表1中可以看出，随着碳酸钙粒度变细，冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率增大，弯曲强度和弯曲模量基本持平，但流动性下降。
表面处理的影响：粒度适当的碳酸钙如果表面处理的好，可以改善复合材料的拉伸强度、冲击强度。近年来，随着有机/无机复合理论的不断发展，CaCO3已由原来单纯的填充剂变为一种新型的功能性填充材料。例如用碳酸钙制成的均聚PP/CaCO3复合材料，缺口冲击强度较基体塑料可以提高一倍多。
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。由于燃烧反应属固-气非均相反应，只能在固体颗粒表面进行，所以CaCO3颗粒的粒径大小就成为抑烟效果的重要因素。只有微小颗粒才具有大得多的比表面积，碳酸钙的粒度越细，抑烟效果越好。

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

碳酸钙的加入提高了薄膜的导热速率，从而使吹塑薄膜的膜泡冷却比较快，提高生产效率，提高挤出机产量。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。碳酸钙之所以可以成为白色颜料，主要是因为其具有一定的遮盖力，涂料的遮盖力是指把色漆均匀涂布在物体表面上，使其底色不再呈现的最小用漆量