CaCO3是塑料改性時最常用的無機粉體。根據中國無機鹽工業協會統計，每年使用的1000多萬噸無機粉體材料中，CaCO3的用量達到60%以上。其中，用于塑料填充的CaCO3總量為二百多萬噸，約占40%，是各種用途中占比最大的。其中，更以聚烯烴塑料為主。

圖 2012-2014年國內碳酸鈣（重鈣和輕鈣）的消費去向

所以，接下來，小編就給大家詳細的介紹一下CaCO3在塑料改性中的應用及其表面改性技術。歡迎加入艾邦助劑交流群，添加群主微信艾邦術師，驗證信息：姓名+公司名稱。和行業人士共同交流。

1、 CaCO3在塑料制品中的應用情況

表 塑料制品中CaCO3的使用情況

2、CaCO3在塑料改性中的作用和特點

2.1產品性能使用價值

（1）提高塑料制品尺寸穩定性：由于高聚物固有的分子結構特點，在塑料加工成型過程中，由于分子鏈的熱運動，制品的實際尺寸會小于設計尺寸，影響產品的使用性能。特別是某些工程塑料，會造成嚴重的后果。

（2）較高的熱穩定性，提高制品的耐熱性：常用塑料制品的耐熱性都較差，而CaCO3的分解溫度在800℃以上。這樣既不影響塑料的加工溫度，又可以提高制品在使用時的耐溫性能。

（3）改善塑料制品的低溫沖擊性能和表面剛性：相對于彈性體增韌來說，納米級CaCO3進行增韌改性的同時，并不影響塑料制品的剛性，從而不影響使用性能。所以，目前更多使用的是剛性無機粉體/彈性體共同增韌的方法。

（4）衛生、安全、降低成本：CaCO3無毒、無味，不和樹脂基體發生反應。白色，不影響制品的染色性能。價格低廉，可大幅降低塑料制品廠家的生產成本，提高企業產品的競爭力。

2.2社會經濟價值

（1）節約資源，減少石油化工原料的使用：CaCO3來源豐富，是可再生資源。塑料制品中，添加20%的CaCO3，就可以減少等同比例塑料的使用，大大減少了石油化工產品的使用，節約資源。

（2）減少白色污染，低碳環保：CaCO3礦物粉體可以回歸自然，對環境是無害的。添加在塑料制品中，一方面在塑料制品填埋處理時，可以促進塑料的降解，減少環境污染，另一方面在塑料焚燒處理時，可以減少CO2的排放，實現節能減排，保護環境。

（3）降低成本，提高企業競爭力：CaCO3來源豐富，價格低廉。目前納米級CaCO3的價格在2000元/t，添加在塑料制品中，可大幅度減少塑料制品的生產成本。從而提高企業的競爭力。

但是，目前CaCO3在塑料改性中應用時，也存在很多問題，最主要的有以下三點：

（1） 如何提高CaCO3粉體在樹脂中的相容性和分散性，進行高比例的添加，最大程度的降低生產成本？

（2） 如合優化CaCO3粉體與樹脂相與相之間的界面連接，提高復合材料的力學性能，保持制品的使用性能？

（3） 如合改善CaCO3粉體表面極性，提高加工流動性？

目前，最有效、最直接的解決辦法就是對CaCO3進行表面改性。

那么，接下來小編就給大家簡單介紹一下目前常用CaCO3的表面改性處理技術。

3、CaCO3粉體表面改性技術

由于CaCO3表面具有大量極性的羥基，呈現較強的堿性，使得CaCO3與有機高聚物的親和性差、易造成在樹脂基料中分散不均勻，并造成兩相之間的界面缺陷。所以在進行塑料填充改性時，需要對表面改性。實質就是選擇特定的表面改性劑，對CaCO3顆粒表面進行包覆處理，使之成為功能填充材料。

3.1有機物表面改性技術

（1）脂肪酸（鹽）表面改性CaCO3

這類改性劑屬于陰離子表面活性劑，分子一端長鏈烷基的結構和高分子結構類似，因而與高分子基料有較好的相容性；另一端為羧基等極性基團，可與CaCO3表面發生物理、化學吸附。其反應機理如下：

這類改性劑主要有硬脂酸（鹽）、松香酸和木質素等。

（2）磷酸酯表面改性CaCO3

不僅可顯著提高復合材料的機械性能和加工性能，而且能有效地改善材料的耐酸性和阻燃性。如用單焦磷酸酯處理的CaCO3能較大提高塑料的補強性能。磷酸酯對碳酸鈣顆粒表面改性機理如下：

3.2低聚物表面改性技術

（1）聚烯烴低聚物對CaCO3的表面改性

聚烯烴低聚物是非極性聚合物，通過一些助劑可以和碳酸鈣等無機填料有較好的浸潤、粘附性能。這類化合物有無規聚丙烯（APP）、聚乙烯臘（PE WAX）等（分子量在1500～5000范圍）。也包括改性后的低聚物，如MAH-g-PE WAX。

（2）改性聚合物

這類極性聚物物可以定向吸附在CaCO3顆粒表面，使顆粒具有電荷特性并形成吸附層，阻止CaCO3的團聚，從而提高顆粒的分散性能。

這類改性劑主要有：馬來酸酐接枝改性的聚合物、聚丙烯酸（鹽）、烷氧基苯乙烯、聚乙二醇、反應性纖維素等。

3.3無機物對CaCO3的表面改性

CaCO3表面PH值高、遇酸易分解，應用受到一定的限制。所以，常用一些耐酸性無機物來改性CaCO3，這類無機物有縮合磷酸、鋁酸鈉、硅酸鈉、明礬等。US5043017中介紹采用六偏磷酸，并加入鈣螯合劑、用六偏磷酸處理碳酸鈣顆粒，用于中性紙和酸性紙的制造取得較好的效果。

日本白石公司曾采用縮合磷酸處理碳酸鈣，可使碳酸鈣表面PH降至5.0～8.0，這種產品有較好的耐酸性、同時還有阻燃性，可廣泛用于橡塑、涂料、造紙和日化等行業中。

3.4偶聯劑對碳酸鈣的表面改性

偶聯劑是兩性結構化合物。這類的一端為極性基團，可以和碳酸鈣顆粒表面的官能團反應，形成穩定的化學鍵，而另一端可與有機高分子發生化學反應或物理纏繞，從而把兩種極性差異大的材料緊密結合起來，并具有很好的相容性，且賦予復合材料較好的物理、機械性能。CaCO3用偶聯劑主要有鈦酸酯和鋁酸酯兩類。

（1）鈦酸酯偶聯劑

鈦酸酯偶聯劑是美國Kenrich石油化學公司70年代開發的新型偶聯劑，是碳酸鈣等無機填料廣泛應用的表面改性劑。

基本結構：

式中R和R′分別代表短碳鏈烷烴基和長碳鏈烷烴基，X為聯接鈦中心帶有功能性的基團，一般為C、N、P、S等元素，Y為固化反應基團，一般為羥、氨基和環氧基等雙鍵基團，1≤m≤4，m+n≤6，(RO)m為鈦酸酯與碳酸鈣等無機填料反應的官能團。

目前有四種類型：

改性CaCO3的機理：

鈦酸酯改性碳酸鈣一般用液體石臘或無水乙醇作溶劑，鈦酸酯用量為碳酸鈣的0.5—3%，溫度一般為100-120℃，以噴霧或液滴形式加入到捏合機中。

（2）鋁酸酯對CaCO3的表面改性

鋁酸酯偶聯劑有與碳酸鈣表面反應活性大、色淺、無毒、熱分解溫度高、使用時無需溶解稀釋等優點。

結構通式:

CaCO3表面由于水解而產生的羥基和鋁酸酯偶聯劑親水的烷氧基發生鍵合，并附著在碳酸鈣表面上，彌補了碳酸鈣粒子表面的晶格缺陷，表面極性減弱，并更多地以原生態粒子或低團聚粒子狀態存在。

改性CaCO3的機理：

艾邦小結

所以，小編認為，要想進行改性塑料的“正確補鈣”，做好CaCO3的表面改性才是關鍵，特別是納米CaCO3的廣泛應用。

參考文獻

周作良，黎先財.碳酸鈣表面改性技術，江西化工[J]，1988.

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