碳酸鈣作為大無機(jī)粉體材料，在塑料中直接利用會造成塵土飛揚(yáng)，嚴(yán)重破壞生產(chǎn)環(huán)境。同時，由于其為親水性材料，直接加入親油性樹脂中分散性很不好，因此對于碳酸鈣粉體而言，一般需要事先將其加工成母料提供給客戶，這樣可以解決生產(chǎn)環(huán)境和相容性問題。碳酸鈣母料一般由載體樹脂、碳酸鈣粉體、分散劑、偶聯(lián)劑、潤滑劑、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)計配方時如何選擇重質(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)碳酸鈣對沖擊強(qiáng)度改性有利，而重質(zhì)碳酸鈣對拉伸強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大。從價格上考慮：同等粒度的重質(zhì)碳酸鈣要比輕質(zhì)碳酸鈣便宜30%左右。從所填充的樹脂上考慮：PVC制品中輕質(zhì)碳酸鈣，因為輕質(zhì)碳酸鈣的堿性更強(qiáng)，可以及時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，具體見表1所示。

表1四種不同的碳酸鈣填充PP的性能對比

雖然碳酸鈣的具體品種已經(jīng)選定，但是同一種類的碳酸鈣，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、載體樹脂的選擇

碳酸鈣母料載體樹脂選擇的幾個基本原則如下：

（1）載體樹脂要與基體樹脂相容性好

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

（2）載體樹脂的流動性要高于基體樹脂

理論上載體樹脂的流動性要高于基體樹脂，而且高得越多越好，只有這樣才能保證母料在基體樹脂中具有良好的分散性。但是實際上，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。例如對于管材填充母料MI選擇與基材接近的樹脂;再如無紡布填充母料的載體選擇共聚PP，與無紡布原料技術(shù)指標(biāo)接近、MI接近，這樣可以保證強(qiáng)度。正常條件下，載體樹脂的MI要大于基體樹脂10g/10min以上。

（3）載體樹脂的熔融溫度要低于基體樹脂

載體樹脂的熔融溫度要低于基體樹脂，至少不能夠高于基體樹脂，保證載體樹脂在基體樹脂熔融之前先熔融，這樣才有利于母料中無機(jī)粉體的分散?；诖隧椩瓌t，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，如果選用HDPE為載體，不能用于LDPE和LLDPE基體樹脂，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基體樹脂。

（4）選擇多種樹脂組成混合載體

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。

后一點(diǎn)，選擇粉體樹脂，這樣粉體樹脂與無機(jī)粉體顆粒尺寸接近，更容易混合均勻。

3、助劑的選擇

除了載體樹脂和無機(jī)粉體之外，配方中必須要添加的助劑有鋁酸酯偶聯(lián)劑、聚合物蠟類分散劑、潤滑劑等。一般無機(jī)粉體越細(xì)，上述其加入量相對增加，具體見表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)劑的目的為將無機(jī)粉體由親水性變成親油性，增加與親油性樹脂的相容性，增加界面的厚度，提高填充材料性能或者降低對填充材料性能的影響度。

偶聯(lián)處理前要注意買來粉體的處理狀況：

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

◆如果加入水性助磨劑處理過，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。

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

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

對碳酸鈣而言偶聯(lián)劑的品種為鋁酸酯，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。也可以兩種偶聯(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，主要用載體樹脂對應(yīng)的蠟類，PE類用PE蠟或者PP蠟，PP類用PP蠟，中等極性樹脂如PS、ABS用氧化聚乙烯蠟，極性樹脂如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，一般不要低于3000。檢測方法為正常質(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，能夠保證充足的潤滑使粉體擠出，但大量低分子量石蠟潤滑會影響熱封強(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)、外潤滑劑作用，配方中如果含有分散劑蠟，可以減少潤滑劑用量。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，分散好壞順序為顆粒(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）潤滑劑

內(nèi)潤滑可以降低物料之間的摩擦力，促進(jìn)物料的流動性;外潤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)計時內(nèi)外潤滑搭配使用，保持內(nèi)外潤滑之間的平衡關(guān)系。外潤滑主要用石蠟、硬脂酸和EBS等，內(nèi)潤滑一般用硬脂酸鋅、硬脂酸鈣，分散劑聚乙烯蠟也起到外潤滑劑作用，因此有分散劑的配方潤滑劑可以減量。與輕質(zhì)碳酸鈣相比，重質(zhì)碳酸鈣的潤滑劑可以少加入，因為輕質(zhì)碳酸鈣的吸油值大、輕質(zhì)碳酸鈣的流動性不好，因此內(nèi)、外潤滑劑都要多加入。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。

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

（4）穩(wěn)定劑

加入鈣/鋅復(fù)合穩(wěn)定劑，但因價格原因一般加入硬脂酸鋅作為熱穩(wěn)定劑，并且兼有內(nèi)潤滑劑的作用。如果產(chǎn)品的賣價可以，還可以加入少量鈣鋅穩(wěn)定劑?？寡鮿┮话憧梢圆患尤?，除非填充制品的強(qiáng)度要求很高，或者制品要求很白。

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

上面介紹了各類助劑的選用原則，后談?wù)勑》肿又鷦┑膯栴}。我們配方中的小分子助劑是為了偶聯(lián)包覆、潤滑和分散而添加的，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致命缺點(diǎn)：一是小分子助劑會降低復(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)然需要專用設(shè)備進(jìn)行配合。