碳酸钙在塑料中的应用

碳酸钙在塑料工业中的应用

1、碳酸钙在塑料工业中的地位与作用

众所周知，碳酸钙无论是重质碳酸钙还是轻质碳酸钙，是塑料工业中使用数量最大、应用面最广的粉体填料。

我国塑料制品的年产量已超过3000万吨，以塑料用粉体填料数量占塑料制总量10%，而碳酸钙在各种粉体填料总量的70%计算，目前我国塑料工业每年使用的各种规格的碳酸钙至少在210万吨以上。随着塑料原料——合成树脂价格不断上升，特别是从2003年下半年开始的涨价狂潮暴发以来，合成树脂的市场价格已经上升50%以上，如低密度聚乙烯已上升到每吨万元以上，拉丝级聚丙烯已上升至九千多元/吨。众多塑料加工企业的目光不约而同地落到廉价的非矿粉体材料上面，特别是碳酸钙以价格低廉、使用方便、副作用少等众多优点成为塑料加工行业首选的增量材料，为碳酸钙行业带来巨大商机。

碳酸钙作为廉价的填充材料其经济性是不言而喻的。每年使用二百多万吨非金属矿产品代替以石油为原料的合成树脂，相当于国家少建2~3座大型石油化工厂，不仅可以节约数百亿元的投资，而且节约下来的是地球上不可再生且日益成为国家必争的战略资源的石油，对社会、对国家乃至对整个地球人类都是不可磨灭的贡献！而对于塑料加工行业来说，每多使用1%的碳酸钙等非矿粉体材料，就等于降低100元左右的原材料成本，而100元的差价往往会成为盈亏的分界线，会成为市场竞争力的分水岭，成为企业生存和发展的关键!

多年的应用实践表明，碳酸钙不仅可以降低塑料制品的原材料成本，而且还具有改善塑料材料某些性能的作用，例如PP编织袋的色泽由半透明变为白色以及表面极性增加有利于印刷等。近几年来的研究更是获得可喜成果，多家大专院校和科研单位的研究成果表明，达到一定细度的碳酸钙在使用得当时，可显著提高基体塑料的抗冲击性能，即碳酸钙可作为塑料材料的抗冲改性剂使用。

如清华大学高分子研究所研制的HDPE/CaCO3复合材料（重量比为1:1），其缺口冲击强度可达基体塑料的十倍左右，见表1。

表1 偶联剂A1和助偶联剂对碳酸钙/HDPE复合体系的缺口冲击强度的影响

A1偶联剂用量（碳酸钙

碳酸钙/HDPE

的百分比）

0/100 30/70 30/70 30/70

0 0 2

2（另行添加助偶联剂）

（J/m） 56.2 34.4 59.4 663.0

完全断裂 完全断裂 完全断裂 未完全断裂

复合体系的缺口冲击强度

样条断裂状态

南京工业大学材料科学与工程学院的研究成果也证明了这一点，均聚PP/ 碳酸钙复合材料的缺口冲击强度较基体塑料提高一倍，见表2。

表2 复合处理的活性碳酸钙/均聚PP材料的力学性能

缺口冲击

序

碳酸钙含

碳酸钙粒径及分

表面处理剂品种

号 量（wt%） 布d（m）S（m）

（kJ/m）

1-1 1-2 1-3 1-4

0 30 30 30

1.61 1.06 1.61 1.06 1.61 1.06

NDZ NDZ+ON337 NDZ+ON337+C

6.4 7.2 8.3 12.6

31.6 27.2 27.5 29.9

66.3 54.3 59.4 57.7

2

拉伸强

强度

弯曲强

度（MPa） 度（MPa）

注：表中PP为F401，MFR=2.4（g/10min），d为平均粒径，S为粒径分布标准离差。 针对塑料制品特别是一次性使用的塑料制品在使用后随意丢弃造成的“白色污染”，社会各界采取了多种措施，如禁产禁用、收税限用、以纸代塑、提倡降解等等，但至今收效甚微。从政府到百姓，从生产企业到科技人员都盼望着以新的科学发展观为指导，提出不带功利色彩、符合当前社会发展阶段、能够切实解决问题的途径和办法。正是在这种背景下，以碳酸钙为主力军的无机粉体材料作为环境友好塑料改性材料脱颖而出，成为能减轻白色污染又能同时为生产者、消费者和监管者三方所接受的新型材料，由此碳酸钙在塑料中应用的第三特征—环保性无疑将发挥巨大作用，将为我们碳酸钙行业从业者开辟出全新的市场前景。

福建师范大学化学与材料学院的研究成果认为，作为“可环境消纳型环境友好塑料”，添加了光敏剂和碳酸钙的聚乙烯薄膜具有节省合成树脂、促进塑料光降解、促进塑料填埋后降解、在土壤中碳酸钙回归自然无害、焚烧时对环境危害小等众多优点，而且由于碳酸钙填充的聚乙烯薄膜在填充量达30%时仍具有良好的力学性能，对于制造不易回收或无回收利用价值的一次性使用的包装材料是非常适合的，将大大减轻废弃塑料对环境的压力和不利影响。

2碳酸钙特性和塑料对碳酸钙的基本要求

碳酸钙在塑料中大量使用，得到塑料行业高度重视不是偶然的，相比起其它非金属矿物粉体材料，碳酸钙具有明显的优势。

1）价格便宜

无论是重质碳酸钙还是轻质碳酸钙在各种非矿粉体材料是价格最低的，也就是说任何一种非矿粉体材料仅仅试图替代碳酸钙作为塑料填充料使用，而不是突显这种粉体材料本身的特点，那是没有意义的。

2）色泽好，易着色

可以做浅色塑料制品。不足之处是着色的塑料制品色泽不够鲜艳，在多数情况下还是可以接受的。

3）硬度低

其莫氏硬度为3，远远低于制造加工机械设备与模具所用钢材（如氮化钢、高速钢）的硬度，因此填充塑料对所接触的设备部件（螺杆、螺筒等）和模具的磨损较轻。

4）热稳定性及化学稳定性良好

在碳酸钙的热分解温度在800℃以上，在所有的塑料加工温度下（300℃以下）都不会发生热分解。碳酸钙是强碱弱酸盐，除遇酸性介质外，其化学稳定性良好。

5）易干燥，无结晶水，吸附的水分通过加热容易除去。

6）无毒、无刺激性、无味，特别是我国的方解石、大理石、石灰石资源丰富，可选择余地大，绝大多数资源品质优良，特别是重金属含量极低，达到国家卫生级要求。

碳酸钙对填充塑料性能的影响：

1）对密度的影响

重质碳酸钙和轻质碳酸钙在真实密度上区别不明显，前者为2.6~2.9g/cm，后者为2.4~2.6 g/cm，它们的主要区别主是要堆积密度差别显著，工业上用沉降体积来区分重质碳酸钙和轻重质碳酸钙，即在无水乙醇中2.5mL/g以上为轻质碳酸钙，而重质碳酸钙在1.2~1.9mL/g。

堆积密度不同主要由于碳酸钙粉体颗粒的晶形不同，轻质碳酸钙粒子为纺锤形（枣核形），具有一定的长径比，而重质碳酸钙多呈破碎后的块状。这种颗粒形状的差异导致在基体塑料中，碳酸钙粒子是以大大小小凝聚体形式像海岛一样存在的，它们所占据的空间大小也不相同。从宏观上看，填料的添加量相同时，不同的填料，重质碳酸钙或是轻质碳酸钙，甚至目数不同的重质碳酸钙，都会造成塑料制品长度、面积或制品个数的不同。表3列出轻质碳酸钙或不同目数的重质碳酸钙填充PVC芯层发泡管材的密度变化情况。

表3 轻质碳酸钙及不同目数重质碳酸钙填充PVC芯层发泡管材的密度

重质碳酸钙

填料种类

轻质碳酸钙

1200目

管材密度（g/cm）

密度变化 管材米重（kg/m）

米重变化

3

3

3

800目 1.07 11% 1.17 15%

400目 1.12 17% 1.24 22%

0.96 为基准 1.02 为基准

1.05 ↑9% 1.12 10%

也有一些科研单位和企业得出使用重质碳酸钙和轻质碳酸钙对填充塑料制品的密度无明显区别的结论，但不可否认的是无论重质碳酸钙还是轻质碳酸钙都会使填充塑料的密度增大，特别是注塑成型的塑料制品。除单向拉伸的聚丙烯编织袋（布）用的扁丝和打包带不因使用碳酸钙 …… 此处隐藏：12942字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……