傳統(tǒng)的觀念一直認(rèn)為重質(zhì)碳酸鈣的作用為兩個(gè)降低和一個(gè)提高：第一個(gè)是降低制品的成本，第二個(gè)是降低制品的性能;一個(gè)提高為提高復(fù)合材料的密度。降低制品成本是重質(zhì)碳酸鈣的zui大優(yōu)勢，因?yàn)樘妓徕}的價(jià)格是所有填料中價(jià)格zui低的品種，用其復(fù)合的塑料制品當(dāng)然價(jià)格zui低。例如，添加30%重質(zhì)碳酸鈣的吹塑聚乙烯薄膜，成本可以比純新料可以降低20%。提高復(fù)合制品密度是因?yàn)橹刭|(zhì)碳酸鈣的密度為2.7 g/m³，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樹脂的密度，從而導(dǎo)致復(fù)合材料的性能快速提升。而降低復(fù)合材料性能，是因?yàn)橹刭|(zhì)碳酸鈣與樹脂的相容性不好，難以形成良好的結(jié)合界面。

　　近年來，隨著重質(zhì)碳酸鈣加工技術(shù)的突飛猛進(jìn)，和表面處理技術(shù)的飛躍發(fā)展，重質(zhì)碳酸鈣在降低制品成本的同時(shí)，也可改善制品的很多性能，而且有一些性能是獨(dú)一無二的。隨著微發(fā)泡技術(shù)日益成熟和空芯碳酸鈣技術(shù)開發(fā)成功，重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合材料的減重技術(shù)即將投入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。因此在這里我們有理由進(jìn)行預(yù)測，未來塑料碳酸鈣復(fù)合材料可以測定改變傳統(tǒng)的兩個(gè)降低和一個(gè)提高的舊帽子，變成全新的兩個(gè)降低和一個(gè)提高，即降低復(fù)合產(chǎn)品成本、降低復(fù)合產(chǎn)品密度、提高復(fù)合制品性能，重質(zhì)碳酸鈣從一個(gè)傳統(tǒng)的填充劑搖身一變成為全新的改性劑。

　　傳統(tǒng)的塑料重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合材料，并不是導(dǎo)致復(fù)合材料的所有性能都降低，也可以改善復(fù)合材料很多改性，但是也導(dǎo)致很多性能下降。本文將具體介紹碳酸鈣對改性的正面作用和負(fù)面作用，以指導(dǎo)我們?nèi)￠L補(bǔ)短，找到重質(zhì)碳酸鈣改性的研發(fā)方向。

　　一、碳酸鈣的正面改性作用

　　1、重質(zhì)碳酸鈣的環(huán)保功效

　　(1)節(jié)省石油資源

　　以PE中填充碳酸鈣含量30%計(jì)算，每年塑料包裝袋的產(chǎn)量300萬噸，可以節(jié)省90萬噸石基樹脂，可少用270萬噸石油。

　　(2)賦予環(huán)保性能

　　在焚燒處理的塑料垃圾袋中加入碳酸鈣，可以提升燃燒速度，大大縮短焚燒時(shí)間。具體原因?yàn)樗芰媳∧ぶ杏刑妓徕}在燃燒時(shí)遇熱膨脹而產(chǎn)生無數(shù)微細(xì)小孔，增大了與氧氣接觸的可燃燒面積，促進(jìn)燃燒速度。例如，含有30%碳酸鈣的聚乙烯塑料膜，燃燒時(shí)間由純塑料膜的12秒降低到4秒。填充碳酸鈣的塑料膜，由于碳酸鈣的燈芯作用，可以促使焚燒更徹底，減少黑煙的釋放量。還可以利用薄膜中碳酸鈣的堿性，吸收大量分散產(chǎn)生的酸性氣體，降低毒煙的釋放量，大大減少酸雨產(chǎn)生的幾率。

　　日本規(guī)定焚燒的塑料垃圾袋必須含有30%的碳酸鈣，填充了碳酸鈣在焚燒時(shí)除了燃燒速度快外，可降低發(fā)熱量、不滴落、不冒黑煙，減輕二次公害，且不損傷焚化爐。

　　2、重質(zhì)碳酸鈣的普遍改性功效

　　(1)提高復(fù)合材料的剛性

　　重質(zhì)碳酸鈣可以改善復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)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，重質(zhì)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

　　重質(zhì)碳酸鈣可以提高復(fù)合材料熱穩(wěn)定性，原因?yàn)樘妓徕}可以吸收促進(jìn)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(qiáng)度高、橫向強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，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。

　　3、重質(zhì)碳酸鈣的特殊改性性能

　　(1)對拉伸和沖擊性能的影響

　　并不是所有的重質(zhì)碳酸鈣都可以提高塑料薄膜的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)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，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(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度。納米級碳酸鈣雖然粒度更細(xì)，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。

　　可以看出，隨著重質(zhì)碳酸鈣粒度變細(xì)，沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率增大，彎曲強(qiáng)度和彎曲模量基本持平，但流動(dòng)性下降。

　　表面處理的影響：粒度適當(dāng)?shù)闹刭|(zhì)碳酸鈣如果表面處理的好，可以改善復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度。近年來，隨著有機(jī)/無機(jī)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(qiáng)度較基體塑料可以提高一倍多。

　　(2)燃燒時(shí)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(shí)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(jìn)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(xì)，抑煙效果越好。

　　(3)抗粘連劑

　　含有重質(zhì)碳酸鈣的吹塑筒狀薄膜開口性好，卷曲時(shí)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

　　重質(zhì)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(jī)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(shí)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(dòng)性

　　重質(zhì)碳酸鈣可以提高復(fù)合體系的流動(dòng)性，減少熔體粘度和擠出機(jī)扭矩，增加擠出機(jī)產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率。不同品種碳酸鈣對流動(dòng)影響不同，具體復(fù)合材料流動(dòng)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：高白度的重質(zhì)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(jià)格鈦白粉的含量，大方解石碳酸鈣因?yàn)榘锥雀�、遮蓋力大而成為首選。碳酸鈣之所以可以成為白色顏料，主要是因?yàn)槠渚哂幸欢ǖ恼谏w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/㎡表示。

　　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。

　　對著色的影響：重質(zhì)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(bǔ)關(guān)系，如藍(lán)色的補(bǔ)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(lán)，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(shí)，碳酸鈣的色光要與主著色色相一致，例如帶藍(lán)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(lán)色色光的碳酸鈣，去消除制品所帶的黃色色光。

　　改進(jìn)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(shí)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，而且粒徑分布要絕對窄。

　　(8)促進(jìn)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(xì)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(jìn)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

　　碳酸鈣是否影響塑料材料的發(fā)泡性能發(fā)揮十分復(fù)雜，具體要看尺寸大小和添加量大小的度而定：

　　碳酸鈣尺寸 碳酸鈣粒徑大小與發(fā)泡劑匹配時(shí)就可以起到成核劑的作用，對于發(fā)泡會起到正面作用，具體合適的尺寸為小于5μm、大于不團(tuán)聚的尺寸。如果無機(jī)粉體的粒度大于10μm，或者太細(xì)導(dǎo)致自身團(tuán)聚起不導(dǎo)成核劑作用，對于發(fā)泡就有一定負(fù)面影響。本人建議選擇3000目(4μm)碳酸鈣，這個(gè)尺寸既可以保證尺寸不大于5μm、又可以保證不團(tuán)聚。

　　碳酸鈣促進(jìn)發(fā)泡的具體原因：一是碳酸鈣可以作為成核劑的碳酸鈣可以吸附發(fā)泡氣體形成氣泡核，控制泡孔的數(shù)量，使泡孔更細(xì);二是碳酸鈣自身剛性比較大，可以減緩熔體變形和移動(dòng)能力，從而可以抑制泡孔過快膨脹，控制泡孔尺寸更細(xì)。甚至可以設(shè)想用采用納米碳酸鈣，因成核劑的尺寸小而引發(fā)產(chǎn)生微小泡孔，生產(chǎn)出微孔泡沫塑料。

　　碳酸鈣的加入量 適宜的碳酸鈣加入量可以促進(jìn)發(fā)泡質(zhì)量，一般建議zui佳填充量為10%-30%。碳酸鈣加入量太低，熔體中形成不了足夠的的成核點(diǎn)，造成發(fā)泡倍率偏低;碳酸鈣加入量太高，是可以形成很多成核點(diǎn)，但是填充過大熔體強(qiáng)大太低，導(dǎo)致過多破泡，也同樣降低發(fā)泡倍率。

　　碳酸鈣的分散性 均勻的碳酸鈣分散可以促進(jìn)發(fā)泡質(zhì)量。如果碳酸鈣在樹脂中分散很均勻，就可以保證沒有團(tuán)聚現(xiàn)象出現(xiàn)，保證碳酸鈣尺寸在5μm尺寸就可以稱為成核劑，就不影響發(fā)泡成型。

　　(1)碳酸鈣的含水量 如果無機(jī)粉體的含水量小于0.5%，填充基本不影響發(fā)泡成型。

　　(2)其他：碳酸鈣還可以提高耐磨性，提高硬度

　　二、填料的負(fù)面改性作用

　　1、增大復(fù)合材料密度

　　樹脂中加入碳酸鈣后，復(fù)合材料的密度迅速增大，這樣對于以個(gè)數(shù)、長度或面積銷售的產(chǎn)品，密度增大會抵消部分成本優(yōu)勢。當(dāng)然不同品種碳酸鈣增重的程度稍有不同，具體密度大小順序?yàn)檩p質(zhì)碳酸鈣<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。

　　如何降低碳酸鈣復(fù)合塑料的密度呢?

　　(1)制品拉伸減重

　　拉伸可以在塑料于碳酸鈣之間產(chǎn)生形變空隙，可以小幅度降低符合制品的密度，例如拉伸的30%碳酸鈣填充聚乙烯薄膜的密度為1.1g/cm³，而未拉伸的30%碳酸鈣填充聚乙烯薄膜的密度為1.2g/m³。拉伸成型的塑料制品如扁絲、吹塑膜、打包帶、撕裂膜等。

　　(2)制品微發(fā)泡減重

　　利用填料吸收的水分進(jìn)行微發(fā)泡，密度大幅度降低，性能基本不下降。例如，我們生產(chǎn)的50%輕量化碳酸鈣復(fù)合材料，用于生產(chǎn)薄膜時(shí)最低密度可以達(dá)到0.7，整整減輕了45%之多。

　　(3)空芯填充減重

　　利用簡便、低成本的無機(jī)粉體空芯化技術(shù)，可以方便的將碳酸鈣制成空芯產(chǎn)品，大大降低其密度，碳酸鈣空芯產(chǎn)品密度最低可以降低到0.7g/cm³左右。

　　2、降低復(fù)合材料的光澤

　　對復(fù)合材料制品表面光澤度的影響與碳酸鈣的加工方法和品種有關(guān)，具體復(fù)合材料的光澤度大小順序?yàn)闈穹üに?gt;干法工藝(輕質(zhì)碳酸鈣>大方解石碳酸鈣>大理石碳酸鈣>小方解石碳酸鈣>白云石碳酸鈣)。

　　3、降低復(fù)合材料的透明性

　　碳酸鈣的折射率與聚乙烯和聚丙烯等常用樹脂相差很大，因此常規(guī)尺寸的碳酸鈣填充會影響薄膜的透明度，只有尺寸在200納米以下的納米碳酸鈣，因?yàn)楣獠�可以繞過才可以不影響復(fù)合制品的透明性。

　　4、降低復(fù)合材料的斷裂伸長率

　　碳酸鈣的高剛性會降低復(fù)合材料的原有延展性，降低了大分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力，從而導(dǎo)致制品的斷裂伸長率下降。

　　5、大多數(shù)情況降低復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度

　　碳酸鈣的顆粒過大或者碳酸鈣表面處理的不好，都會導(dǎo)致復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度下降，尤其以拉伸強(qiáng)度下降最為明顯。

　　6、增大應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象

　　樹脂中填充大量填充碳酸鈣，因?yàn)橹破防�伸是會產(chǎn)生大量空隙和銀紋，會對樹脂本來就有的應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象進(jìn)一步強(qiáng)化。

　　7、 加速制品的老化

　　(1)所有無機(jī)粉體材料都會加速復(fù)合材料的老化，碳酸鈣也不例外。

　　8、 降低材料之間連接強(qiáng)度

　　對于薄膜而言降低薄膜熱合強(qiáng)度，對于管材而言降低管材的焊接強(qiáng)度。