2024-10-28改性碳酸鈣，改變了什么？

2024-10-28 09:22:45

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碳酸鈣憑借著價格低廉、無毒無味、白度高、硬度好等特點在橡膠和塑料生產(chǎn)過程中廣泛用作填料。近年來，隨著碳酸鈣深加工技術(shù)進步，其在降低制品成本的同時，也可改善制品的很多性能，較為顯著的提升材料綜合性能，提高產(chǎn)品附加值。

碳酸鈣的普遍改性功效

（1）降低粒子間的內(nèi)聚力，提高碳酸鈣的分散性;

（2）提高碳酸的表面活性;

（3）改善碳酸鈣與其他物質(zhì)的相容性;

（4）提高碳酸鈣的耐酸性;

（5）制備特定晶型的碳酸鈣用于不同行業(yè)。

碳酸鈣的普遍改性功效

（1）提高復(fù)合材料的剛性

碳酸鈣可以改善復(fù)合材料的彎曲強度、彎曲模量、硬度、耐磨性等性能，對于塑料薄膜而言，復(fù)合材料剛性的提高可以明顯增加薄膜挺度，利于薄膜平整卷曲。

（2）提高復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性

尺寸穩(wěn)定性的提高體現(xiàn)在降低收縮率、降低翹曲、降低線膨脹系數(shù)、降低蠕變、有利于各向同性等，碳酸鈣填充可以明顯改善尺寸穩(wěn)定性。

（3）提高復(fù)合材料的耐熱性

碳酸鈣可以提高復(fù)合材料熱穩(wěn)定性，原因為碳酸鈣可以吸收促進分解的物質(zhì)。例如PBAT/碳酸鈣復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性明顯高于純PBAT。再如，尤其是在PVC制品中加入輕質(zhì)碳酸鈣，可以吸收分解產(chǎn)生的氯化氫，大大改善PVC的加工熱穩(wěn)定性。

（4）改善薄膜的抗撕裂性能

一般的塑料薄膜都存在縱向強度高、橫向強度低的缺點，尤其是PBS、PLA、PHA類脂肪族聚酯薄膜更明顯。加入碳酸鈣后，可以使復(fù)合材料各向同性程度提高，明顯提高抗撕裂性能。

碳酸鈣的特殊改性性能

（1）對拉伸和沖擊性能的影響

并不是所有的碳酸鈣都可以提高塑料薄膜的拉伸強度和沖擊強度，具有受到碳酸鈣粒度的影響和表面處理的影響。

粒度大小的影響：碳酸鈣的粒度不同，對塑料的改性效果不同，具體見表1所示。一般粒徑在1000目以下，主要用于增量改性；粒徑在1000~3000目，添加量在10%以下，有一定改性效果；粒徑在5000目以上，屬于功能碳酸鈣，具有明顯的改性效果，可以改善拉伸強度、沖擊強度。納米級碳酸鈣雖然粒度更細，但因目前難以分散，只能做到與8000目碳酸鈣一樣的改性效果。

表1 | 不同粒徑的重質(zhì)碳酸鈣對PP復(fù)合材料的性能影響

圖源 | 王文廣教授塑料配方與改性咨詢

從表1中可以看出，隨著碳酸鈣粒度變細，沖擊強度、拉伸強度、斷裂伸長率增大，彎曲強度和彎曲模量基本持平，但流動性下降。

表面處理的影響：粒度適當?shù)奶妓徕}如果表面處理的好，可以改善復(fù)合材料的拉伸強度、沖擊強度。近年來，隨著有機/無機復(fù)合理論的不斷發(fā)展，CaCO3已由原來單純的填充劑變?yōu)橐环N新型的功能性填充材料。例如用碳酸鈣制成的均聚PP/CaCO3復(fù)合材料，缺口沖擊強度較基體塑料可以提高一倍多。

（2）燃燒時的抑煙作用

CaCO3具有優(yōu)異的抑煙作用，其原理在于它可以和煙霧中的鹵化氫反應(yīng)（捕捉），使之生成穩(wěn)定的CaCl2。因此凡在燃燒時產(chǎn)生鹵化氫的聚合物，如氯乙烯、氯磺化聚乙烯、氯丁橡膠等，都可以用CaCO3作為抑煙劑。由于燃燒反應(yīng)屬固-氣非均相反應(yīng)，只能在固體顆粒表面進行，所以CaCO3顆粒的粒徑大小就成為抑煙效果的重要因素。只有微小顆粒才具有大得多的比表面積，碳酸鈣的粒度越細，抑煙效果越好。

（3）抗粘連劑

含有碳酸鈣的吹塑筒狀薄膜開口性好，卷曲時不會產(chǎn)生粘連，碳酸鈣起到了開口劑的效果。

（4）增大導(dǎo)熱速率

碳酸鈣的加入提高了薄膜的導(dǎo)熱速率，從而使吹塑薄膜的膜泡冷卻比較快，提高生產(chǎn)效率，提高擠出機產(chǎn)量。以在PVC片材中加入25%輕質(zhì)碳酸鈣為例，加熱到200℃溫度時僅僅需要3.5秒，而純PVC片材需要10.8秒，導(dǎo)熱速率提高3倍之多。

（5）提高流動性

碳酸鈣可以提高復(fù)合體系的流動性，減少熔體粘度和擠出機扭矩，增加擠出機產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率。不同品種碳酸鈣對流動影響不同，具體復(fù)合材料流動性大小順序大方解石碳酸鈣>大理石碳酸鈣、白云石碳酸鈣>小方解石碳酸鈣>輕質(zhì)碳酸鈣。

（6）配色性能

替代部分白色顏料：高白度的碳酸鈣可以替代部分白色顏料如鈦白粉，從而節(jié)省高昂價格鈦白粉的含量，大方解石碳酸鈣因為白度高、遮蓋力大而成為優(yōu)選。碳酸鈣之所以可以成為白色顏料，主要是因為其具有一定的遮蓋力，涂料的遮蓋力是指把色漆均勻涂布在物體表面上，使其底色不再呈現(xiàn)的最小用漆量，用g/m2表示，各類著色劑在涂料中的遮蓋力具體見表2所示：

表2 | 一些無機、有機顏料的遮蓋力

圖源 | 王文廣教授塑料配方與改性咨詢

一種材料的遮蓋力大小與折射率有關(guān)，折射率越高其遮蓋力就越大，白色色相就越高，各種白色材料的折射率具體如表3所示。

表3 | 各種白色材料的折射率

圖源 | 王文廣教授塑料配方與改性咨詢

對著色的影響：碳酸鈣本色為白色，對配鮮艷的彩色有影響，配不出鮮艷的色彩；配黑色也有影響，配不出特別黑色。

對色光的影響：碳酸鈣除了白色本色外，往往還帶有不同的色光，會影響顏色的純正性。色光為物體主顏色之外帶有的附帶顏色，色環(huán)直徑兩端的色光為互補關(guān)系，如藍色的補色為黃色，混合可得到白光，是消除色光有效辦法。

在重質(zhì)碳酸鈣中，不同產(chǎn)地碳酸鈣所發(fā)出的底色不同。如四川碳酸鈣底色發(fā)藍，廣西碳酸鈣底色發(fā)紅、江西碳酸鈣底色發(fā)青。在具體配色時，碳酸鈣的色光要與主著色色相一致，例如帶藍色色光的碳酸鈣會消除黃色顏料的著色力。也經(jīng)常利用帶藍色色光的碳酸鈣，去消除制品所帶的黃色色光。

改進塑料制品的散光性：碳酸鈣的加入對塑料制品不是增加光澤度，而是起到降低光澤度的消光作用。

（7）增加透氣性能

填充碳酸鈣的塑料薄膜，在拉伸時會在薄膜中產(chǎn)生微小氣孔，只能透過水蒸氣而不能透過液體水，因此可用于生產(chǎn)透氣塑料制品，例如典型的透氣膜就是銅大量碳酸鈣填充和薄膜拉伸制成的。生產(chǎn)透氣薄膜用碳酸鈣一般只能選擇3000目的碳酸鈣，而且粒徑分布要窄。

（8）促進制品降解性能

含有碳酸鈣的聚乙烯塑料袋埋于地下后，碳酸鈣有可能與二氧化碳和水反應(yīng)生成可以溶于水的Ca(HCO3)2離開薄膜，在薄膜上留下微細的孔洞，增大塑料薄膜與周圍空氣和微生物接觸的面積，從而促進制品降解。

（9）起到成核作用

納米CaCO3對聚丙烯的結(jié)晶成核有誘導(dǎo)作用，可以增加了β晶含量，從而提高了聚丙烯的沖擊韌性。

（10）降低PA塑料的吸水性

PA/碳酸鈣復(fù)合材料的吸水性要低于PA純樹脂，例如在PA6中填充25%的碳酸鈣，復(fù)合材料的吸水率降低56%。

（11）改善表面性能

碳酸鈣可以增加復(fù)合材料的表面張力，并且具有優(yōu)異的吸附性，因此可以改善復(fù)合材料的電鍍性、涂覆性和印刷性能。

（12）碳酸鈣對發(fā)泡的影響