碳酸钙在高分子材料中的应用

无机填料简介——碳酸钙在高分子材料中的应用

碳酸钙作为无机填料应用于塑料填充，一般以降低成本为主要目的被广泛使用，收到了较好的效果。

近年来，随着碳酸钙在塑料改性上广

泛的使用和大量的研究发现，填充一定量的碳酸钙也可大幅度提高材料的某些性能，如机械性能、热性能等，在塑料改性中发挥着重要的作用。

⑴碳酸钙的概述

作为塑料中填料的碳酸钙有重质(简称重钙)和轻质(简称轻钙)两种。由于制备方法不同，轻钙堆积体积大，显得轻，实际上二者密度相差很少。

轻质碳酸钙：又称沉淀碳酸钙、轻钙、沉降碳酸钙，通常所说的轻质碳酸钙是指普通的符合国标GB4794-84标准的产品。

轻钙密度：2.4～2.7g/cm3

长径：5～12μm

短径：1～3μm

平均粒径：2～3μm。

工业上轻钙生产方法占主导地位的是化学沉降法：

CaCO3（石灰石）====CaO（生灰石）＋CO2

CaO＋H2O====Ca(OH)2（熟石灰）

Ca(OH)2（熟石灰）＋CO2====CaCO3（轻钙）

重质碳酸钙：可由天然碳酸钙矿物质如方解石、大理石、白垩磨碎分级而成。

现在塑料中使用的重质碳酸钙多用方解石作为原料。

方解石的物理性能：

密度2.60～2.75g/cm3

硬度(莫氏)3

溶解度(18℃)0.0013g/100g水

分解温度900℃

重质碳酸钙品种：

单飞粉(200目)

双飞粉(320目)

四飞粉(400目)

方解石粉。

碳酸钙母粒

⑵碳酸钙的表面活化处理：在实际使用过程中，为使碳酸钙能均匀分散在塑料中，起到优化性能的作用，必须先对碳酸钙进行表面活化处理。

根据塑料制品的成型工艺和使用性能要求，选取一定粒径的碳酸钙，用偶联剂、分散剂、润滑剂等助剂先活化处理，再加入一定量的载体树脂混合均匀后，用双螺杆挤出机挤出造粒，即得碳酸钙母粒。一般情况下,母粒中碳酸钙含量为80%，各种助剂总含量为5%左右，载体树脂为15%。

碳酸钙母粒的特点

降低产品的成本，提高生产效率，获得良好的经济效益；

增强制品的刚性及增加制品的重量。；

减少制品收缩性及因收缩引起的变形；

分散性好：与聚丙烯，聚乙烯相溶性优良，因此即使加入较大填充量，仍可获得外观光洁度很好的外观；

白度高：本产品为纯白色粒料，可灵活配制生产各种颜色制

品；

使用偶联剂处理：在填充量较大的情况下，使制品仍保持良

好机械性能；

工艺适应性广：客户可用原来的加工的设备和生产工艺进行

生产；

含有抗氧化剂和耐老化剂，可延长制品的使用寿命。

⑵碳酸钙作为填料可大大降低塑料成本

现在塑料填料中最多使用的几种粒径的碳酸钙经过表面活化处理以后价格也在2000元/t左右。而塑料粒子(聚乙烯)相对来说，价格昂贵。两者之间价格相差很大碳酸钙在塑料中添加

的越多，成本就降得越低。考虑到塑料制成品的韧性，碳酸钙的填充用量一般控制在50%以内。

对于塑料和钢塑复合管的生产,塑料都是其主要的原料，大大地降低原料成本无疑是极大地降低了生产成本。

3、碳酸钙的改性作用

增大塑料产品体积，降低成本；

提高硬度和刚度；

减小塑料制品的收缩率；

提高尺寸稳定性；

改进塑料的加工性能；

提高其耐热性；

改进塑料的散光性、

抗擦伤性、平滑度

缺口抗冲击强度的增韧

改善混炼过程中的粘流性

3.1．力学性能

由于碳酸钙的硬度大，填充碳酸钙会提高塑料制品的硬

度和刚度，力学性能增强。制品的抗拉强度和抗弯强度得到

改进，并使塑料制品的弹性模量显著提高。

3.2．热性能

加入填充料后,由于碳酸钙的热稳定性好,可使制品的热膨胀系数、收缩率在各方面相同下降，而不象玻璃纤维增强热塑性塑料那样，在不同方面有不同的收缩率，加入填充

料后可使制品的翘度、弯曲度变小，这是与纤维填充料相比最大的特点，制品的热变形温度随着填充料的增加而增高。

3.3．耐辐射性

填充料对射线有一定的吸收能力,一般可吸收30%～80%

入射紫外线，可防止塑料制品的老化。

超细碳酸钙有普通超细碳酸钙和活性超细碳酸钙之分。超细活性碳酸钙：表面经过乳化剂和表面处理剂处理；超细碳酸钙分子量：100.09

相对密度：2.45~2.50

粒径：0.01~0.08μm

比表面积：10~70㎡/g

外观：白色微细粉末

味道：无味

溶解性：几乎不溶于水，不溶于醇

稳定性：在空气中稳定

毒性：无毒

应用范围：塑料工业的电线电缆、硬管、地砖、薄膜、EV A海棉；

涂料工业的粉末涂料、合成树脂、釉药、油性漆、乳漆、初层漆；

橡胶工业的鞋类、轮胎、海棉、胶质糊；

橡胶里布、皮带软管、造纸，涂布、填充剂；

以及燃料颜色剂、牙膏、化妆品、食品添加剂、酸中和剂等

3.4．超细碳酸钙的特殊改性作用

塑料中填充超细级或更细的

碳酸钙，在改变制品性能方面有特殊效果。

20世纪90年代,发现在塑料中填充较大量的超细碳酸钙粒子后,塑料不仅刚性不受损害,韧性也得到大幅度的提高,最大可提高2～3倍。改变了以往填充改性塑料必须以牺牲某种力学性能为代价、改性塑料的力学性能随填料填充量的增加而下降的状况。

传统无机填料表面活化处理：一般采用在熔融状态下进行表面活化处理。

新的表面活化处理工艺：选择添加一定量的增塑剂、增容剂和分散剂等，常温下在高搅机内进行冷包覆处理。

❖活性碳酸钙的应用

❖1、在塑料中可以提高塑料制品尺寸的稳定性、硬度和钢度，改善塑料加工性能及其制品的耐热性和散光性，

❖2、在橡胶中做填充剂，可起到增加体积、降低成本、改进加工性能及硫化性能；

❖3、在造纸中可作为纸张的填料、铜版纸的白色颜料、钙塑纸的填料等；

❖4、在涂料中作为填料，能起到骨架作用，故称之为“体质颜料”；在油性涂料中，填充量可达10－50%，在水性涂料中填充量可达10－20%。