母料用碳酸钙容易忽视的三个大问题，你注意到了么？

文章来源： 中国粉体网

[导读] 母料用碳酸钙

塑料母料就是将所要添加的组分与载体树脂先进行混合、混炼、造粒制成的颗粒原料，主要包括载体树脂、添加剂和助剂三大部分。以碳酸钙（CaCO3）为母料核，其产品即为填充母料；若以酞菁蓝等色料为母料核，则其产品为着色母料，在某些色母料中也会加入部分碳酸钙填料，但用量比填充母粒少。

1、碳酸钙填充母料的组成及其作用

采用母料法生产塑料制品具有简化工艺过程、改善混炼效果、组分均匀、提高生产效率、减少粉尘飞扬等优点，并使得加工成型和制品质量稳定。碳酸钙在填充母料中用量可达70%，在色母料和其他功能母粒中仅占10-20%，甚至更少。

CaCO3母料的基本微粒单元由4个部分组成，即填料核、偶联层、分散层和载体层。一般是将塑料树脂与表面处理好的CaCO3及其他助剂于双螺杆挤出机中共混造粒而成。

a.CaCO3填料核在母料的最内层，它决定了母料的性质及用途，主要起增容、提高刚性、降低成本等作用。

b.偶联层主要由同时对CaCO3填料核和树脂起化学和物理作用的偶联剂及少量交联剂组成，主要是改善填料与树脂间的结合力，增大母料核同载体之间的相容性和结合性。

c.分散层主要由分散剂组成，能使处理好的CaCO3粉末状填料在制成母料的造粒过程中较好、较多地与增混物（如偶联剂）混合并制成颗粒，同时改善填充母料与树脂体系的流动性，避免无机填料聚团，提高制品表面光洁度等。

d.载体层连接CaCO3填料核和树脂的过渡层，主要由与要填充的树脂有很好的相容性并有一定的力学性能的树脂和（或）具有一定的双键的共聚物构成，由于这一层的量比较大，它直接与要填充的树脂接触、混容，对体系的力学性能影响很大。

2、母料中碳酸钙的选择与要求

（1）理想状态下选择方解石和大理石的差异

碳酸钙一般分为方解石和大理石两种，通过磨粉加工，生产出来的粉体叫重质碳酸钙粉，但他们的性质和应用效果存在一些差异。

解理与色相。方解石矿石从微观的晶体结构上来看属于六方晶系，解理很清晰，有透光性，矿石表面是一个个很清晰的平面，不管怎么碎，都能看到平面。方解石又分为大方解石和小方解石，解理清晰规则的为大方解石，透明度很高；解理错乱的为小方解石。大理石晶体一般呈立方体形，分为粗晶矿和细晶矿。

方解石矿有三种色调，乳白相、偏黄相、偏红相，色相比较柔。大理石粉略感青白相、蓝相，白度差的感觉会比较暗。

含钙量与白度。方解石和大理石主要成分都是碳酸钙，好的方解石含钙量可以达到99%以上，而大理石含钙量大约在96%-98%。

方解石粉体性软，韧性略好，吸油量低，分散性、流动性、粒径分布以及粉体的吸油值、遮盖率都比大理石要好。方解石粉白度可以做到95%-97%以上（400目粉），大理石为青白色微微发灰，白度则偏低一些，大约在93%-96%（400目）。密度大，性硬发脆，机械磨损大，吸油量高，高质量填充比较难做好。

大方解石粉由于纯度高，可以用在食品级的各个领域，比如牙膏、食品添加剂、食用钙片、饲料添加剂等。还可用作婴幼儿纸尿裤、卫生巾透气专用料等原料。小方解石粉成型加工较易，适合做吹膜拉丝、复合薄膜流延涂覆、无纺布填充等。大理石粉适合做注塑级改性料和塑钢门窗料等。

（2）严格要求下对指标的控制

母料中碳酸钙的细度、白度、纯度、粒径、吸油值等都有具体要求。一般平均粒径<2.2μm，白度≥95%，碳酸钙含量>96%，吸油量较低。白度虽然是外观指标，但与产品内在质量密切相关，如果白度低于95%，说明碳酸钙纯度不够，内含杂质较多，这些杂质还会影响塑料制品的性能。碳酸钙粉粒径对于生产高品质母粒更加关键，粒径分布越窄越好。

（3）重钙、轻钙的应用差异

在母料中重钙、轻钙都有广泛的应用，作用基本都是提高刚性、降低成本这三点。轻钙的优点是组成比较均一，粒度可以达到5μm左右，沉积密度远远小于重钙，填充制品的相对密度也略小于重钙。轻钙的缺点是加工中易变色，价格也略高于重钙。

纳米CaCO3因粒径变得很细，表面极性很强，表面自由能很高，在粒度达到1μm时很容易团聚，达不到预期的改性效果，在中高端母料中也有应用但还比较少。总体而言，重、轻碳酸钙两者改性效果区分不是十分明显，重质CaCO3对拉伸强度上较好，而轻质CaCO3对冲击强度较好。

3、母料用碳酸钙改性技术

（1）改性目的与方法

CaCO3粒子表面有亲水性较强的轻基，耐酸性差，与有机高聚物的亲和性差，易造成分散不均匀，导致界面缺陷。因此，需要调整CaCO3的结晶形态、粒子大小、粒度分布及进行表面处理等，减少颗粒间的黏附，增加亲油性，提高CaCO3在基质中的分散性和相容性，增大填充量，使CaCO3成为一种更好的具有增韧、补强效果的功能性无机填充材料。

CaCO3的改性主要有两条途径：一是改变CaCO3的结晶形态和粒度分布，用结晶形态各异的、微细或超微细的CaCO3改善其在树脂中的分散性。这种方法的CaCO3生产工艺复杂，CaCO3产品成本较高，难以工业化生产。二是改善CaCO3的表面性能，使其由无机性向有机性转变，增大CaCO3与有机树脂的相容性，改善制品的加工性能和物理机械性能。这种方法主要采用两亲结构物质（如偶联剂）对CaCO3进行表面偶联活化处理使得无机CaCO3的吸水量下降，吸油值增加，改善了无机CaCO3在合成树脂中的分散性能，增强键结合能力。一般先将CaCO3干燥除水，再将适当比例的偶联剂及辅助偶联剂与CaCO3置于高速捏合机，在一定温度下分散并混合均匀。

（2）改性效果判断与表征

吸油值是CaCO3改性效果的一个表征指标，能够表征粉样的聚集状态，粒子细、颗粒间的空隙减小、表面光滑，吸油值就低。沉降体积是衡量粉体分散稳定性的一个重要参数，若液体对粒子有较好的润湿性，粒子间不易聚集和粘连，沉降时，沉降体积较小;相反，若颗粒分散性较差，颗粒易于聚集，粒子间因桥联而留有较多空隙，沉降时易形成沉积物，沉降体积较大。另外，活化度和静态接触角是评价碳酸钙改性效果的重要条件，活化度越高，改性效果越好;静态接触角越大说明碳酸钙疏水性越好，碳酸钙的改性效果越好。

结语

母料填料有很多种，碳酸钙的优势在于廉价易得、化学性质稳定、白度高、硬度适中、吸油值可控等方面。需要指出的是，碳酸钙在母料中的应用技术进步比较缓慢，研发主动性和吸引力还有所不足，究其原因是其市场价值没有充分挖掘，而要提升它的价值则有赖于塑料产品应用技术和应用场景的革新。

参考文献

李建军，主编《塑料配方设计（第三版）》中国轻工业出版社

周春晖，主编《碳酸钙清洁加工和产品链》化学工业出版社

陈信华、赵瑞良、徐一敏，主编 《色母粒配方设计和工业制造》化学工业出版社

封面来源：图虫创意