摘要：介紹了碳酸鈣的產品種類、性質和生產方法，綜述了其在塑料中的填充補強應用。
關鍵詞：碳酸鈣；生產；性質；應用；塑料
根據生產方法、理化性質和礦物來源等的不同，碳酸鈣的產品種類或名稱有活性碳酸鈣、重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、沉淀碳酸鈣、超細碳酸鈣、膠體碳酸鈣、單飛粉、雙飛粉、三飛粉、四飛粉、水應石粉、白堊粉、胡粉、方解石、白艷華、石灰石、大理石等。
1·理化性質
重質碳酸鈣按粉碎細度的不同，工業(yè)上分為四種不同的規(guī)格，即單飛粉、雙飛粉、三飛粉、四飛粉，分別用于各工業(yè)部門。其中三飛粉和四飛粉用于塑料的填充補強。相對密度2.710，898.6℃開始分解。輕質碳酸鈣即沉淀碳酸鈣，有無定形和結晶形兩種形態(tài)，結晶形又可分為斜方晶系和六方晶系，呈柱狀或菱形，有輕微的吸潮能力。相對密度2.710，825~898.6℃分解。活性碳酸鈣或稱活化碳酸鈣、膠體碳酸鈣、白艷華，為白色細膩、輕質粉末。因粒子表面吸附一層脂肪酸皂，故具有膠體活化性能。活性碳酸鈣灼燒后變成焦黑色，其活性比普通碳酸鈣大，具有補強性。相對密度1.99~2.01。
不同規(guī)格的碳酸鈣產品均為白色粉末。無臭、無味。在空氣中穩(wěn)定，幾乎不溶于水、醇，在含有銨鹽的水溶液中微溶解。遇稀醋酸、稀鹽酸、稀硝酸發(fā)生泡騰，放出二氧化碳，并逐漸溶解。加熱到足夠高的溫度開始分解為氧化鈣和二氧化碳。
2·生產方法［1］
碳酸鈣的生產方法一般為機械粉碎法和碳酸化法（化學沉淀法）。
2.1活性碳酸鈣
活性碳酸鈣采用碳酸化法生產。石灰石在高溫下煅燒之后，先用水消化，再經篩濾、碳化生成碳酸鈣，漿液放入熟漿池中，在攪拌下緩慢施膠。每噸施膠量約為54公斤。產品質量標準見HG/T2567－2006和HG/T2776－1996。
2.2重質碳酸鈣
重質碳酸鈣的生產采用機械粉碎法。是將白石（天然石灰石）經機械粉碎、篩選而得產品。粉碎方法有干法和濕法兩種，干法產品稱單飛粉、雙飛粉、三飛粉、四飛粉，濕法產品別名水應石粉。產品質量標準見HG/T3249－2008。
2.3輕質碳酸鈣
輕質碳酸鈣的生產采用碳酸化法。將選過的石灰石破碎至50~150mm，無煙（白）煤的粒度38~50 mm。煤與石灰石以1︰8～1︰11比例放入爐內煅燒，然后用3~5倍的水，在90℃下經消化溶解1.5~2.0h，使石灰乳達一定濃度后，過濾除雜進行碳化。碳酸鈣漿料經離心脫水、干燥、冷卻、粉碎、過篩，制得輕質碳酸鈣成品。產品質量標準見HG/T2226－91。
2.4超細碳酸鈣
超細碳酸鈣的生產有研磨法和碳酸化法。研磨法的原料是重質碳酸鈣或白度≥93度、含鈣量≥98%的方解石，經配料、濕磨、壓濾、燒干、包裝得超細碳酸鈣。碳酸化法生產時基本同輕質碳酸鈣的生產，只是在碳化結晶時加入結晶控制劑，以控制結晶晶型，或加入乳化劑和表面處理劑，使活性劑與剛生成的微細碳酸鈣顆粒表面均勻覆蓋。產品質量標準見HG/T2776－1996。
3·應用研究[2-4]
碳酸鈣是塑料中使用最廣泛的填充劑之一，其價格低廉，來源廣泛，相對密度較小，在塑料中除具有增量作用外，還有改善加工性能和制品性能的功效。這種材料質地較軟，對捏煉機和成型機的磨損小。在同樣用量下，填充輕質碳酸鈣的制品表面劃傷性和折彎白化性比填充重質碳酸鈣小。輕質碳酸鈣的最大特點是有補強作用，可提高制品的沖擊強度。重質碳酸鈣用于塑料可降低成本，與樹脂親和性好，分散度高，折射率與塑料相近，易著色，并能改善塑料制品的強度和穩(wěn)定性。納米碳酸鈣又稱超微細碳酸鈣，標準名稱超細碳酸鈣。納米碳酸鈣應用最成熟的行業(yè)是塑料工業(yè)，主要應用于高檔塑料制品。碳酸鈣為無毒性物質，美國FDA認可本品為“安全性物質”，允許用于與食品接觸的塑料制品。碳酸鈣與聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴樹脂復合制造鈣塑材料。
3.1聚氯乙烯[5-12]
碳酸鈣用于填充聚氯乙烯，既可用于板材、管材等硬制品，也可用于電線包皮、人造革等軟制品，它可提高制品的色調穩(wěn)定性。用于聚氯乙烯糊可作為粘度調節(jié)劑。本品的吸油值較高，吸增塑劑的量較大，在軟質聚氯乙烯中的分散均勻性較差，配合量多時，會降低壓出制品的表面光滑性。與白炭黑并用，可提高分散均勻性。碳酸鈣填充聚氯乙烯硬質制品可代替鋼材、木材用于建筑工程、交通運輸和家具制作等方面，如制作門窗異型材、天花板、隔墻板、瓦楞板、地板、車船廂板、電線槽板、家具、板框式或瓦楞紙式的包裝箱以及建筑排水管和工業(yè)排污管等。同時還可制作薄膜、人造革、片材、電線護皮和不透明軟管等軟質制品。
碳酸鈣填充聚氯乙烯是聚氯乙烯與碳酸鈣等構成的復合材料。具有難燃、耐酸堿和化學藥品、耐水、防潮、隔音和著色性好等特點。同時還具有比普通PVC塑料價格便宜的優(yōu)點。
碳酸鈣填充聚氯乙烯是將聚氯乙烯、碳酸鈣（如重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、微細化碳酸鈣、沉淀碳酸鈣、活性碳酸鈣等）、其它助劑按配料比進行捏和、混煉，再經造粒、擠出或注射成型為所要求的制品；也可經壓延、壓制成片材或板材。在硬質聚氯乙烯中使用5~10份超細碳酸鈣可以顯著改善沖擊強度，經偶聯劑等進行表面處理的超細碳酸鈣，可改進制品加工成型性，補強作用更好，可作為抗沖擊劑的廉價代用品，在硬質聚氯乙烯中的用量可達20~30份。超細碳酸鈣用于聚氯乙烯，制品表面光潔、平滑，能起到散光和消光作用，可提高塑料制品的尺寸穩(wěn)定性、拉伸強度，對透明和半透明材料能增加透明度，提高制品的表面光澤和表面平整性。超細碳酸鈣還能增加聚氯乙烯制品的絕緣性、阻燃性和電鍍性等。
輕質碳酸鈣是用途最廣的無機填料之一，在某些軟質聚氯乙烯中有熱穩(wěn)定作用，它的使用可減少熱穩(wěn)定劑的用量，或允許使用比較價廉的穩(wěn)定劑如鋇鋅、鈣鋅代替鋇鎘或鋇鎘鋅等價格較高的熱穩(wěn)定劑。在硬質聚氯乙烯中添加輕質碳酸鈣或者表面處理過的輕質碳酸鈣能提高塑料制品的尺寸穩(wěn)定性；提高制品的硬度；改善塑料的加工成型性；提高塑料制品的耐熱性，同時降低成本。重質碳酸鈣在聚氯乙烯中的應用側重增大填充量以使制品的生產成本降低。隨著機械研磨技術的進步，在聚氯乙烯復合材料中，重質碳酸鈣開始逐漸取代輕質碳酸鈣。在工業(yè)發(fā)達國家重質碳酸鈣與輕質碳酸鈣的用量比為20︰1，重質碳酸鈣替代輕質碳酸鈣在某些方面的應用已是一種發(fā)展趨勢。
重質活性碳酸鈣用作填充劑除降低成本外，用于聚氯乙烯樹脂能改善制品的加工性能，減少模具的磨損。輕質活性碳酸鈣用于聚氯乙烯的電纜料，能提高電絕緣性能。
通過對沖擊強度、拉伸強度、斷裂伸長率以及材料流變性能的測定，對比研究納米級碳酸鈣和微米級碳酸鈣對阻燃型軟質聚氯乙烯的力學性能和加工性能的影響，得出結論是：氫氧化物和金屬配合物復合阻燃體系在提高軟質聚氯乙烯阻燃、消煙性能的同時會惡化材料的力學性能；納米碳酸鈣能明顯提高阻燃型軟質聚氯乙烯的沖擊強度、拉伸強度和斷裂伸長率，對材料具有明顯的增韌、增強作用。
3.2聚乙烯[13-25]
碳酸鈣填充聚乙烯塑料是一種在少量樹脂連續(xù)相中均勻分布著大量碳酸鈣的復合材料。除兼有塑料、木材和紙張的性能外，還具有耐寒、耐水、耐熱、防震、隔音等特性。制品無腐蝕性氣味發(fā)生，但易燒毀。燃燒性能與紙、木材相近。熱穩(wěn)定性、力學性能均好，軟化點高。在低溫下仍保持高強度。如加入發(fā)泡劑還可制得輕質木材代用品。其剛性、硬度、壓縮強度、尺寸穩(wěn)定性和耐熱性等物理機械性能均優(yōu)于純聚乙烯樹脂制得的塑料制品。蠕變性和成型收縮率均小，加工性能好，并易于二次加工。它的主要缺點是失去了塑料原有的光澤，顏色欠鮮艷。碳酸鈣填充聚乙烯塑料是將10%~50%聚乙烯（HDPE、LDPE）與50%~90%（重量）的碳酸鈣及添加劑按一定配比于85~100℃進行混合，再于180~200℃混煉一定時間，即制得混煉料，然后按不同要求進行擠出造粒、拉片等制成半成品，最后經模塑、注塑、擠塑、壓延、發(fā)泡等不同方法制得各種鈣塑制品。
碳酸鈣填充聚乙烯塑料可代替紙張和木材用作室內裝修和建筑材料，如房屋頂板、天花板、壁板、墻體材料、地板、窗框、門板、保溫板，硬管和安全帽等；汽車和船舶用吊頂材料、廂板和裝飾板；也可用作家具、木器制品、鞋楦和線團芯；代替牛皮紙制得的瓦楞包裝箱，強度和防潮性更佳，且外表潔白、美觀、印刷商標鮮明；用作食品、染料、藥品和化工原料的包裝桶，可代替鐵桶、木桶和塑料包裝桶。還可用作農業(yè)和漁業(yè)用塑料大棚支架、育苗箱、農產品承運箱、魚籃、漁浮子等。此外，也可在機械、電子儀器工業(yè)上制作管、罩及照明部件，以及用作國防軍事設施、戰(zhàn)備地道隔音防潮材料、防寒浮水衣和救生圈芯材等。
3.3聚丙烯[26-56]
碳酸鈣填充聚丙烯的性能與填料的性能、含量、種類、粒子形狀和大小、表面狀態(tài)，以及填料粒子在樹脂中的分散狀態(tài)等都有很大的關系。同時，各組分能否充分混合均勻也是重要因素之一。一般來說碳酸鈣填充聚丙烯耐溫性能、力學性能（拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量和沖擊強度等）和結晶性能均良好，成型收縮率低，尺寸穩(wěn)定性好，硬度較高。在某些情況下需要使用具有一定阻燃性的填充聚乙烯時，還要加入一定量的阻燃劑。特別是經偶聯劑處理過的納米碳酸鈣填充聚丙烯的各種性能俱佳，成為近年來應用和研究的熱點。
碳酸鈣填充聚丙烯是將聚丙烯樹脂與一定配料量的碳酸鈣和其它填料，以及必要的添加劑，進行高效混合、擠出造粒，即得不同牌號的填充聚丙烯。
碳酸鈣填充聚丙烯可用作集成電路I-C托板、量油桿、復印機部件、微波爐部件、玩具、汽車護板及外部裝潢、電器設備零部件等。自熄性的碳酸鈣填充聚丙烯具有良好的高頻電絕緣性，受溫度、濕度影響小的電氣性能及FV-0組阻燃性能，故適用于電視機輸出高壓包、線圈骨架、電動機保護開關外殼、接線端子護蓋等各種電氣元器件以及運輸、建筑、紡織等部門對阻燃性要求較高的場合。
4·結語
高聚物復合材料除要求無機物填料具有增量和降低成本的作用，更為重要的是能改善材料的理化性能。粒徑微細化、化學成分和晶體結構復雜化、表面活性化被認為是提高無機物填料填充增強和其他性能的主要途徑。碳酸鈣作為一種公認的無公害、無“三廢”的綠色環(huán)保產品，世界各國都非常重視對它的研究開發(fā)。我國碳酸鈣工業(yè)近年來的發(fā)展非常迅速。碳酸鈣填充到塑料中可得到比較好的理化性能，鈣基塑料正朝著多元化的方向發(fā)展。
