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碳酸钙在PVC化学建材中的填充改性应用

【摘要】本文从微观分子相互作用的角度，探讨了胶质碳酸钙的填充改性

补强机理，并进行了分析验证，提出了保证和改善胶质碳酸钙填充补强效果的原

则。

【关键词】碳酸钙微观分子补强机理

PVC化学建材生产中一般加入碳酸钙填充改性剂，其目的是为了降低成本，

同时也改进某些塑料性能。据报道，某些企业在生产硬质PVC异型材、管材、

管件装饰件时，选用碳酸钙型号不对或单纯为降低成本过量加入碳酸钙，造成建

材机械强度明显下降，导致了严重的建筑事故，必须引起重视。有必要根据碳酸

钙的性能特点，对其填充改性机理进行深入研究，找出既可降低成本又能改善材

料性能的应用方案。本文基于以上观点结合实际应用情况做了研讨。

一、碳酸钙分类及性能

碳酸钙是目前PVC化学建材中最常用无机粉状填料，为无味、无嗅的白色

粉末。它可分为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、胶质碳酸钙三大类。

1.轻质碳酸钙。轻质碳酸钙是用化学方法制造的，学名叫沉降性碳酸钙。一

般用碳化法生产，即首先用高纯度致密质石灰石和煤按一定比例混配，经高温锻

烧产生二氧化碳气体和生石灰，生石灰经过精制再添加水制成石灰乳，然后再通

入精制的二氧化碳气体，即生成沉降性碳酸钙。

工艺过程如下：

其反应式如下：

轻质碳酸钙粒径一般在10微米以下，其中3微米以下约占80%，比重为

2.4-2.7，粒子呈梭子形或柱状结晶，轻质CaCO3是无味、无嗅的白色粉末，难

溶于水和醇，主含量大于98.2%。

3.胶质碳酸钙。胶质碳酸钙是一种白色软质粉末，为六方晶系结晶，与轻质

碳酸钙不同之处，是其粒子表面吸附一层有机物，例如：脂肪酸皂等，比重小于

轻质碳酸钙，为2.05-2.30，水分在0.5%以下。其生产工艺路线与轻钙相同，只

是加一道用硬脂酸等进行表面处理的工序。

碳酸钙粒度分级为：

微粒碳酸钙粒径为大于5微米

微粉碳酸钙粒径为1-5微米

微细碳酸钙粒径为0.1-1微米

超细碳酸钙粒径为0.02-0.1微米

超微细碳酸钙粒径为0.02微米

据文献：当粒径为0.1微米以下时，具有补强作用：当粒径为0.005-0.02微

米时，具有较好补强作用。

二、碳酸钙的填充改性补强机理

基于大量的试验和文献，可以对碳酸钙在化学建材中的填充改性补强原理进

行以下设想：化学建材可以视为无数多个有机大分子的杂乱结合体，结合体中存

在无数个大小不一的“空穴”。碳酸钙粒子如果能够和有机大分子良好的结合起

来，必然就能够较好的起到填充改性补强作用。这样一来，碳酸钙的填充改性补

强作用就决定于：碳酸钙的“填充充分性”及“与有机分子结合的强度”，以上两点

与碳酸钙的颗粒形状、颗粒直径、用量、活化度及活化剂种类密切相关，对此分

别进行验证分析：

1.碳酸钙填料的形状对填充改性的影响较大。一般来说，纤维状、薄片状填

料对有机材料的机械强度有利，但对成型加工性能不利；园球状填料与此相反，

可提高材料成型加工性能，但降低材料的机械强度。方解石碳酸钙单结晶呈菱形

体，胶质碳酸钙呈立方体，重质碳酸钙呈多角不定形体。另外三种CaCO3粒径

也不一样，胶质碳酸钙粒径一股在0.1微米以下，重质和轻质CaCO3的粒径一

般在1微米以上，所以采用不同CaCO3对PVC材料体系性能影响不同。

2.碳酸钙粒径的影响：一般来说，在一定范围内填料的粒径越小，表面积越

大，聚合物大分子对填充剂的吸附作用越大（因接触面积大）。在相同填充剂用

量下，粒子越细，活化能越高，树脂与填充剂介面结合得越牢，粒子越细，对制

品的刚性、冲击性、拉伸强度、尺寸稳定性和外观等改进越大。如碳酸钙，当其

粒径D=2-10%em时，其作用为增量剂；当D3用量加大，聚合物粘度加大，成

型加工性能更加困难，所以填充碳酸钙不能无限量加入。

4.由于碳酸钙硬度较大，易磨损加工机械，尤其是重质碳酸钙时挤出机机筒，

螺杆磨损更大，当填充量加大时，为减少螺杆磨损，可在配方中适当加大一些外

润滑剂如石蜡等。

5.选用混炼效果好的双螺杆挤出机，对改善填充改性效果有好处，双螺杆挤

出机比单螺杆挤出机的滞留时间短，所以受热过程短，能够强制输送，所以当高

填充时，用双螺杆挤出机较为理想。

参考文献

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[2]李杰，郑德.塑料助剂