碳酸鈣作為無(wú)機(jī)粉體材料，在塑料中直接利用會(huì)造成塵土飛揚(yáng)，嚴(yán)重破壞生產(chǎn)環(huán)境。同時(shí)，由于其為親水性材料，直接加入親油性樹(shù)脂中分散性很不好，因此對(duì)于碳酸鈣粉體而言，一般需要事先將其加工成母料提供給客戶(hù)，這樣可以解決生產(chǎn)環(huán)境和相容性問(wèn)題。碳酸鈣母料一般由載體樹(shù)脂、碳酸鈣粉體、分散劑、偶聯(lián)劑、潤(rùn)滑劑、抗靜電劑、抗氧劑等組成，各組分的具體選擇如下。

　　1、碳酸鈣的選擇

　　碳酸鈣是母料的核心，它決定母料的基本性能。碳酸鈣母料中碳酸鈣粉體的含量，用雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)一般含量為80%左右，用連續(xù)密煉機(jī)生產(chǎn)一般含量為88%左右。

　　碳酸鈣有很多品種，大類(lèi)上可以分成重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣，而重質(zhì)碳酸鈣又可以分成方解石碳酸鈣、大理石碳酸鈣和白云石碳酸鈣，方解石碳酸鈣又可以分成大方解石碳酸鈣和小方解石碳酸鈣。

　　具體設(shè)計(jì)配方時(shí)如何選擇重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣?從吸油值上考慮：輕質(zhì)碳酸鈣的吸油值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重質(zhì)碳酸鈣，如果配方含有液體助劑，應(yīng)該選用重質(zhì)碳酸鈣。從性能上考慮：輕質(zhì)碳酸鈣對(duì)沖擊強(qiáng)度改性有利，而重質(zhì)碳酸鈣對(duì)拉伸強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大。從價(jià)格上考慮：同等粒度的重質(zhì)碳酸鈣要比輕質(zhì)碳酸鈣便宜30%左右。從所填充的樹(shù)脂上考慮：PVC制品中首選輕質(zhì)碳酸鈣，因?yàn)檩p質(zhì)碳酸鈣的堿性更強(qiáng)，可以及時(shí)吸收分解的酸性物質(zhì)HCl，提高PVC加工中的熱穩(wěn)定性。

　　如果確定選擇重質(zhì)碳酸鈣，具體又該選擇何種重質(zhì)碳酸鈣?根據(jù)改性性能需要選取不同品種的重質(zhì)碳酸鈣，具體見(jiàn)表1所示。

　　表1四種不同的碳酸鈣填充PP的性能對(duì)比

　　雖然碳酸鈣的具體品種已經(jīng)選定，但是同一種類(lèi)的碳酸鈣，不同產(chǎn)地的品質(zhì)不同，用不同磨粉設(shè)備磨出來(lái)的碳酸鈣粉末粒度分布不同、顆粒外觀形狀不同，因此改性效果也大不相同。

　　2、載體樹(shù)脂的選擇

　　碳酸鈣母料載體樹(shù)脂選擇的幾個(gè)基本原則如下：

　　(1)載體樹(shù)脂要與基體樹(shù)脂相容性好

　　理論上為了保證載體樹(shù)脂與基體樹(shù)脂的充分相容性，盡可能選擇相同的樹(shù)脂，如PE選擇PE、PP選擇PP。但是，有時(shí)相同的樹(shù)脂無(wú)法選擇，只能選擇相容性好的其他樹(shù)脂，如PE選擇PP、POE、EVA等相容性好的樹(shù)脂，PVC、PC、PET、PA等常選用相容性好的EVA為載體樹(shù)脂。

　　(2)載體樹(shù)脂的流動(dòng)性要高于基體樹(shù)脂

　　理論上載體樹(shù)脂的流動(dòng)性要高于基體樹(shù)脂，而且高得越多越好，只有這樣才能保證母料在基體樹(shù)脂中具有良好的分散性。但是實(shí)際上，載體的選擇要在分散性和填充復(fù)合材料強(qiáng)度之間選擇平衡，載體樹(shù)脂的MI越大母料的分散性越好，但復(fù)合制品的強(qiáng)度越低。因此在保障分散的條件下，載體的MI越小越好。例如對(duì)于管材填充母料MI選擇與基材接近的樹(shù)脂;再如無(wú)紡布填充母料的載體選擇共聚PP，最好與無(wú)紡布原料技術(shù)指標(biāo)接近、MI接近，這樣可以保證強(qiáng)度。正常條件下，載體樹(shù)脂的MI要大于基體樹(shù)脂10g/10min以上最好。

　　(3)載體樹(shù)脂的熔融溫度要低于基體樹(shù)脂

　　載體樹(shù)脂的熔融溫度要低于基體樹(shù)脂，至少不能夠高于基體樹(shù)脂，保證載體樹(shù)脂在基體樹(shù)脂熔融之前先熔融，這樣才有利于母料中無(wú)機(jī)粉體的分散�；�于此項(xiàng)原則，PP和HDPE可以選用LDPE、LLDPE、HDPE、PP或者共混物為載體，LLDPE和LDPE只可以選用LLDPE、LDPE或者共混物為載體，切記LDPE不能選用HDPE、PP為載體。也就是說(shuō)，如果選用HDPE為載體，不能用于LDPE和LLDPE基體樹(shù)脂，只能用于HDPE或者PP基體;如果選用共聚PP為載體，只能用于HDPE或者PP基體樹(shù)脂。

　　(4)最好選擇多種樹(shù)脂組成混合載體

　　基于上述原則，碳酸鈣填充母料載體以高熔指的LDPE、HDPE、LLDPE、PP為主體，根據(jù)性能需要經(jīng)常采用這些載體之間的混合使用，以增加載體的功能性，具體如LDPE/HDPE、HDPE/LLDPE、LDPE/LLDPE、PP/HDPE等。根據(jù)性能需要還可以適當(dāng)加入mLLDPE、POE、EVA等。如mLLDPE可以明顯增加薄膜的拉伸強(qiáng)度、熱封強(qiáng)度和耐穿刺性能，POE、EVA可以明顯提高薄膜的沖擊強(qiáng)度，EVA、PCL可以提高熱封強(qiáng)度。

　　最后一點(diǎn)，最好選擇粉體樹(shù)脂，這樣粉體樹(shù)脂與無(wú)機(jī)粉體顆粒尺寸接近，更容易混合均勻。

　　3、助劑的選擇

　　除了載體樹(shù)脂和無(wú)機(jī)粉體之外，配方中必須要添加的助劑有鋁酸酯偶聯(lián)劑、聚合物蠟類(lèi)分散劑、潤(rùn)滑劑等。一般無(wú)機(jī)粉體越細(xì)，上述其加入量相對(duì)增加，具體見(jiàn)表2所示。

　　表2 不同粒度碳酸鈣母料配方

　　(1)偶聯(lián)劑

　　配方中加入偶聯(lián)劑的目的為將無(wú)機(jī)粉體由親水性變成親油性，增加與親油性樹(shù)脂的相容性，增加界面的厚度，提高填充材料性能或者降低對(duì)填充材料性能的影響度。

　　偶聯(lián)處理前要注意買(mǎi)來(lái)粉體的處理狀況：

　　◆如果用硬脂酸處理過(guò)，注意不同再用鈦酸酯偶聯(lián)劑處理，這樣會(huì)降低偶聯(lián)效果;

　　◆如果加入水性助磨劑處理過(guò)，再用親油的偶聯(lián)劑處理，可以形成雙親功能，處理效果好，例如可以使碳酸鈣的吸油值降低到22%，粘度下降3倍之多，電鏡圖片顯示界面厚度明顯增厚。

　　◆如果表面沒(méi)有進(jìn)行過(guò)處理，可以采用任何方法進(jìn)行后續(xù)處理。

　　對(duì)于配方中是否加入偶聯(lián)劑，如果添加無(wú)機(jī)粉體的復(fù)合材料對(duì)強(qiáng)度不意，也可以考慮不用添加。

　　對(duì)碳酸鈣而言偶聯(lián)劑最好的品種為鋁酸酯，本身為粉體供應(yīng)，加入量為粉體的1%左右。另一個(gè)可以使用的偶聯(lián)劑為鈦酸酯，效果與鋁酸酯相當(dāng)，缺點(diǎn)是產(chǎn)品有味道，產(chǎn)品液體供應(yīng)難以加入粉體中。也可以?xún)煞N偶聯(lián)劑復(fù)合加入，效果有所提升。

　　偶聯(lián)劑的加入量一般控制在粉體的1%左右。粒度越細(xì)比表面積越大，偶聯(lián)劑的用量也要相應(yīng)加大。吸油值大的碳酸鈣粉體，會(huì)導(dǎo)致需要處理的偶聯(lián)劑量增大。例如碳酸鈣的吸油值由40ml/100mg增大到50ml/100mg，會(huì)導(dǎo)致偶聯(lián)劑用量增加30%。

　　(2)分散劑

　　分散劑的作用是促進(jìn)粉體在基材中分散均勻，不同的載體選擇不同的分散劑，主要用載體樹(shù)脂對(duì)應(yīng)的蠟類(lèi)，PE類(lèi)用PE蠟或者PP蠟，PP類(lèi)用PP蠟，中等極性樹(shù)脂如PS、ABS用氧化聚乙烯蠟，極性樹(shù)脂如PC、PET、PA等用EVA蠟。

　　蠟的質(zhì)量主要體現(xiàn)在分子量大小上，分子量在5000左右最好，一般不要低于3000。檢測(cè)方法為正常質(zhì)量的蠟熔點(diǎn)在110-120℃范圍內(nèi)，如果加入100℃水中就融化了質(zhì)量就不合格。蠟的熔點(diǎn)要大于110℃，防止蠟的分子量過(guò)低或者摻雜小分子量石蠟。但是，低檔次產(chǎn)品也可以全部加入58度石蠟作為分散劑，能夠保證充足的潤(rùn)滑使粉體擠出，但大量低分子量石蠟潤(rùn)滑會(huì)影響熱封強(qiáng)度、表面印刷性能，口膜擠出殘留物增加，機(jī)頭揮發(fā)煙霧增大。

　　很多潤(rùn)滑劑如硬脂酸、EBS等都具有不同程度的分散劑作用，如果配方含有就可以減少分散劑用量。分散蠟還具有一定的內(nèi)、外潤(rùn)滑劑作用，配方中如果含有分散劑蠟，可以減少潤(rùn)滑劑用量。分散劑的加入量與下列因素有關(guān)：

　　◆顆粒粒度：粒度越大，比表面積越小越容易分散，加入的分散劑量可以減少，如果粒度大于800目就可以考慮不用加入分散劑。粉體的粒度越細(xì)，比表面積越大，就越難以分散均勻，就越需要多加入分散劑。

　　◆顆粒形狀：碳酸鈣粉體球形狀度越高越容易分散，分散好壞順序?yàn)轭w粒(大理石碳酸鈣)>柱狀(輕質(zhì)碳酸鈣、方解石碳酸鈣)，因此碳酸鈣顆粒外觀形狀球形度越高，分散劑用量越少。

　　(3)潤(rùn)滑劑

　　內(nèi)潤(rùn)滑可以降低物料之間的摩擦力，促進(jìn)物料的流動(dòng)性;外潤(rùn)滑可以降低物料與設(shè)備之間的摩擦力，可以減少制品表面劃痕，保證母料和填充制品的表面光亮度。配方設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)外潤(rùn)滑搭配使用，保持內(nèi)外潤(rùn)滑之間的平衡關(guān)系。外潤(rùn)滑主要用石蠟、硬脂酸和EBS等，內(nèi)潤(rùn)滑一般用硬脂酸鋅、硬脂酸鈣，分散劑聚乙烯蠟也起到外潤(rùn)滑劑作用，因此有分散劑的配方潤(rùn)滑劑可以減量。與輕質(zhì)碳酸鈣相比，重質(zhì)碳酸鈣的潤(rùn)滑劑可以少加入，因?yàn)檩p質(zhì)碳酸鈣的吸油值大、輕質(zhì)碳酸鈣的流動(dòng)性不好，因此內(nèi)、外潤(rùn)滑劑都要多加入。如果從母料外觀光亮上考慮，可以加入1份白油或者1-2份石蠟，更有利于提高產(chǎn)品光亮度。

　　對(duì)于外潤(rùn)滑劑加入量應(yīng)該包括兩個(gè)部分：一是在加工母料過(guò)程中需要的外潤(rùn)滑劑使用量，二是在后續(xù)加工制品如薄膜過(guò)程中需要的外潤(rùn)滑劑使用量。但是外潤(rùn)滑劑如果加入過(guò)多，會(huì)影響薄膜產(chǎn)品的印刷性和熱合性能。

　　(4)穩(wěn)定劑

　　最好加入鈣/鋅復(fù)合穩(wěn)定劑，但因價(jià)格原因一般加入硬脂酸鋅作為熱穩(wěn)定劑，并且兼有內(nèi)潤(rùn)滑劑的作用。如果產(chǎn)品的賣(mài)價(jià)可以，還可以加入少量鈣鋅穩(wěn)定劑。抗氧劑一般可以不加入，除非填充制品的強(qiáng)度要求很高，或者制品要求很白。

　　可以及時(shí)消除高速混合物料的靜電，還可以對(duì)后續(xù)產(chǎn)品提供抗靜電作用，具體產(chǎn)品如編織袋、無(wú)紡布等等。

　　上面介紹了各類(lèi)助劑的選用原則，最后談?wù)勑》肿又鷦┑膯?wèn)題。我們配方中的小分子助劑是為了偶聯(lián)包覆、潤(rùn)滑和分散而添加的，具體品種有鋁酸酯、白油、石蠟、聚乙烯蠟、硬脂酸、硬脂酸鋅、EBS等等。但是小分子助劑有兩個(gè)致命缺點(diǎn)：一是小分子助劑會(huì)降低復(fù)合材料的強(qiáng)度，填充薄膜還可以允許適量小分子助劑，填充管材則要嚴(yán)格控制小分子助劑含量，否則強(qiáng)度下降大;二是小分子助劑都會(huì)釋放VOC氣體，嚴(yán)重影響環(huán)境的清潔度。因此應(yīng)該盡可能降低小分子助劑的使用量，這當(dāng)然需要專(zhuān)用設(shè)備進(jìn)行配合。