塑料制品行业中碳酸钙粉料创新应用现状与发展趋势（二）

塑料制品行业中碳酸钙粉料创新应用现状与发展趋势（二）

一、碳酸钙在塑料中的应用创新

1.1合成纸(synthetic paper)专用料

       合成纸的英文名称为synthetic paper，合成纸又叫塑料薄膜纸、聚合物纸、石头纸等。它以聚烯烃等树脂和无机填充物为主要原料，通过挤出工艺加工而成的制法是，首先把上述树脂经过熔融、挤压、成膜，沿不同轴向拉伸，生成薄膜；然后，把该薄膜进行“纸状化”处理，使之变得不透明、白度提高，于是就制成了合成纸。这种纸的拉伸强度高，而且不怕水、不虫蛀、有弹性、能隔热、尺寸稳定、表面平滑，适于书刊和印刷。多用来制渔业用纸、航空航海图、穿孔卡片、耐水报刊、唱片封袋、商品标签、户外广告、名片等特种用纸。合成纸是一种塑料新型材料产品，同时具有塑料和纸的特征的多功能性材料。也是一种环保产品，具有比重适中、强度大、抗撕裂，印刷性好，遮光、抗紫外线，经久耐用，经济环保等特点。由于合成纸的生产过程无污染，可以100%回收，循环使用，是现代纸张生产的一次重大改革。

合成纸在国外已有三十多年的发展史，尤其在美国、日本、加拿大等发达国家，中国台湾地区起步较早，发展较快。随着全球环保意识的加强，普通纤维纸造成大量环境污染，加快了合成纸的发展，新的合成纸品种的不断出现，扩大了合成纸的应用范围。目前，合成纸产品的世界销售额每年以10%的速度递增，合成纸部分取代普通纤维纸的步伐在加快。

        合成纸的种类，按生产原料的不同，分为PP合成纸、HDPE合成纸、PS合成纸、PVC合成纸、PET合成纸、ABS合成纸等；按填充剂的不同，分为填充CaC0₃型，粘土型，云母型及复合(两种以上填充)型等；按生产方式的不同，分为压延法(如柔软型PVC)、流延法(如PP)、吹膜法(如HDPE)、双向拉伸法(如BOPP)等；按结构的不同，分为单层合成纸、三层合成纸、五层合成纸等。

1.2   注塑级塑料垃圾箱抗菌耐候多功能增强色母料

        塑料垃圾箱是广泛用于公共环卫，生活垃圾的集中收取过程中的垃圾分类并配套环卫车自动化垃圾倾倒。是医疗废弃物的集中处理过程中的垃圾装运的好工具。

        举世瞩目的世博会2010年在上海开幕，当时国内外的朋友峰涌而来，参观、学习、游玩、洽谈等。大量游人的涌入，促进当代科技、文化、经济的交流、发展，涌现大量商机。同时在参观、访问、游玩之时，不可避免带来大量生活垃圾。各种鲜艳明亮、五颜六色、千姿百态的普通常用和卡通造型塑料垃圾箱应运而生。这其中具有抗菌杀菌、耐候抗紫外线耐高低温等功能的成本低廉垃圾箱，尤为环卫部门青唻。普通塑料性能达不到上述要求，这就需要对普通HDPE注塑料进行改性。而当今国内外生产改性塑料，主要有二种加工工艺。第一种是全造料法。即按配方将改性剂、塑料树脂、加工助剂等一起混合挤出造料，成为改性塑料专用料；然后直接送入塑料加工机械加工成需要的塑料制品。第二种是母料法，也就是部分造料法，即按配方将改性剂、少量塑料树脂、加工助剂等一起混合挤出造料，成为改性塑料母料；然后按配方规定的比例将母料与塑料树脂混合均匀后送入塑料加工机械加工成需要的塑料制品。我们在多元复合共混改性理论的指导下，采用母粒法生产低成本抗菌杀菌、耐候耐高低温等功能的塑料多功能母料，然后把该母料按一定比例加入到生产垃圾箱的原料中，经简单搅拌就可注塑生产垃圾箱。优点是：用户使用方便，操作简单，简化生产工艺过程，混合效果好，绿色环保，有利于提高生产效率和产品性能指标与降底成本。

二、碳酸钙粉料在塑料改性中应用之发展趋势

2.1  标准化:

        对于产品标准流行一句话，就是:一流企业订标准，二流企业钻技术，三流企业买技术用标准。不管你的产品技术含金量如何高，甚至达到国内外一流水平，由于核心技术不掌握、产品标准不是你制订，你仍然只是二流甚至三流企业。虽然碳酸钙粉料在各行业中应用越来越广，生产厂家也越来越多，但很多都没有对应的产品标准，产品的质量供需双方没有统一参照与验收方法、仪器等。例碳酸钙的粒径，有用D₅₀，有用D₉₇，还有用筛余物的，这样很不规范，使用不便，很容易引起商业纠纷，对碳酸钙粉料行业的发展极为不利。

2.2  绿色化

        随着科学技术的不断发展，在提倡保护环境产品绿色化、解决白色污染、走循环经济和可持续发展道路的今天，人们对填料的认识也在不断提高。矿产资源是有限的，怎样把有限的资源经过谋划生产更多更好的产品，是一个重要的课题。碳酸钙粉料来自大自然，随着被加入塑料制品的废弃而回归大自然；或者随着塑料的回收而回收。早在2003年中国塑料加工工业协会塑料改性专业委员会福州年会上，全体代表通过把添加无机矿物粉体的塑料纳入无机粉体改性塑料环境友好材料之倡仪。

2.3  纳米化

        纳米材料是上世记80年代发展起来的新材料，被美国材料学会称为“21世记最有前途的材料”，它是由金属氧化物、无机非金属或聚合物的纳米级颗粒及它们的凝聚态固体和复合体组成。目前非金属矿物原料制取纳米矿物材料主要有四大类:A 天然纳米矿物材料:许多非金属矿物具有纳米材料特性, 如石墨、蛋白石、沸石、海气石等，被称之为天然纳米矿物材料。B 改性纳米矿物材料:利用非金属矿物的纳米属性将非金属矿物经物理或化学方法加工后，制成具有一定性能和用途的纳米材料，例如膨润土经提纯、改牲和分散处理后获得的纳米蒙脱石。C 合成纳米矿物材料: 利用非金属矿物的成份、结构、形成条件等，通过物理或化学方法加工后，制成具有一定性能和用途的纳米矿物材料，合成纳米矿物材料与天然矿物的成份、结构和性能几乎相同，但成份更纯，性能更为优良。典型的例子是纳米碳酸钙。在聚丙烯或高密度聚乙烯纳米碳酸钙体系中，采用适当分散处理方法，纳米碳酸钙含量仅3%～4％，塑料产品的冲击强度提高了4倍。

2.4  母粒化和多功能化

        在生产实践中，人们发现把碳酸钙按照规定配方，将粉料、功能助剂、加工助剂、载体共混搅拌均匀后，再送入母料造粒流水线，造出以碳酸钙为主的多功能母料粒子，再将多功能母料粒子按需要配比计量均匀混入塑料树脂后，送入塑料成型机械加工成具有二种、三种---多功能塑料制品。优点是使用方便，无环境污染之虑；缺点是成本高于直接混入法。例如碳酸钙彩色填充改性色母料添加在塑料薄膜中，效果好价格低，具有染色和填充改性双重功能，深受用户欢迎。

2.5  彩色化

        我们生活在一个五光十色的彩色世界里，鲜艳夺目的塑料制品的色彩，改善了人们的生活质量。考虑到性价比，添加了填充母料的塑料制品的着色采用色粉直接上色，有时带来表面色泽不均匀的缺陷。如果碳酸钙粉料本身五光十色，不仅被加入塑料制品色彩鲜艳色泽均匀，还可节省着色弗用和防止色粉污染环境，可谓好处多多。

        一种彩色碳酸钙粉的制造方法包括以下步骤：步骤一：提供碳酸钙作为主料；步骤二：提供至少一种具有颜色的金属铬合染料；步骤三：提供乙醇、甲醇中任一种，作为溶剂；步骤四：在一定量的溶剂中加入一定量的含有金属铬合染料成份的染料，组成一种有色溶液；步骤五：在一定量的主料中加入一定量的有色溶液，充分搅拌直到主料成为一种有色产品，烘干后包装。

2.6  针状化、纤维化

        随着玻纤增强塑料的出现，人们早就认识到粉料的外形长径比高的添加在塑料中增强效果也高。近几年来，针状硅灰石、针状水镁石、镁盐晶须等纷纷涌现，碳酸钙粉料可不可以也针状化呢？

2.7  有机化

        将少量橡胶、弹性体或有机物包复碳酸钙粉料后，再填充到塑料制品中，既保持了塑料制品的刚性，又显著提高了增强(韧)效果，同时其它性能也有所提高。

2.8  轻量化

        早在上世纪下半叶起，为了降低塑料制品成本、改善某些性能，国内外的部分塑料产品或多或少都添加了非金属材料无机粉体，例如碳酸钙等。但那时受到粉体加工机械水平的限制，2000目粒径的粉料已是很细了。历史进入21世纪，现在粉体加工机械流水线可以加工粒径大于5000目的粉体。同时无机粉体表面处理技术随着各种新型偶联剂的被开发，新的表面处理机械的出现并日益成熟。刚性粒子增强（韧）理论打破了只有橡胶、弹性体才能增强（韧）的神话。特别是近二年来，随着石油价格上涨引起塑料树脂原料价格爆炸性的上涨，在国内塑料产品的价格上涨却很有限，迫使人们寻找在保证质量的前提下，降低成本的办法，其中之一就是在塑料中添加碳酸钙、滑石粉等填充剂。但很快人们就发现碳酸钙的填充量超过某一临界值，成本并没有下降，相反塑料制品的其它部分性能受到影响。原因在于碳酸钙的真比重一般大于2.4 g/cm³， 添加过多，必然引起塑料制品的比重增加，即同样体积的塑料制品重量增加，重量增加的费用抵消了添加填充剂引起的成本下降。

        要解决由于添加了填充剂导致塑料制品比重增加的问题，办法有二个：一是寻找比重接近于1g/cm³甚至小于1g/cm³的非金属材料，遗憾的是大自然中还没有找到这样的既廉价比重又接近于1 g/cm³的非金属矿产品。第二个方法是采取各种各样措施，使得添加了填充剂后整个塑料制品的比重比添加了没有采取措施的碳酸钙导致塑料制品比重增加时有所下降，同时其它物理机械性能基本不下降，这同样达到碳酸钙粉体轻量化的效果。

        据介绍，我国学者钟孟光博士研制的多功能PVC增强助剂“MagFil-T”在无机粉体大量填充情况下，PVC制品的比重不变或基本不变，PVC制品的拉伸强度可提高10%～25%，PVC制品的弹性模量可提高10%～20%，PVC制品的冲击强度可提高20%～60%。另据其介绍，其原理是：通过建立以表面沉积化学、金属有机络合化学、表面聚合理论和超网络拓扑理论为主要特征的新型界面化学设计理论，根据不同高分子材料的近程结构、远程结构、晶态结构和聚集态的不同，经过精心设计分别开发出特殊粉体处理技术。

        我们正在研制开发的轻量化改性碳酸钙及其母料，是在塑料多元复合共混改性理论指导下，从一个全新的视野，创新研制了无机粉体比重轻量化。目前，我们已经小批量生产轻量化改性碳酸钙的真比重为 1.9g/cm³(实测为1.89 g/cm³)，出厂价大约为2500元/吨。更轻真比重的轻量化改性碳酸钙在研制中。有关原理就是将改性塑料作为一个体系通盘考虑，进行多元复合共混改性处理，使得整个塑料制品体系比重下降。我们的产品，可以应用在通用塑料和大部分工程塑料中。

        例如：河北省某一塑胶公司生产碳酸钙改性PVC板材中，添加了15%碳酸钙的PVC制品的真比重为1.55，添加了15%轻量化改性碳酸钙的PVC制品的真比重为1.48。如改用添加25%轻量化改性碳酸钙的PVC制品的真比重为1.53(其它性能指标均满足技术要求)，其比重小于添加了15%碳酸钙的PVC制品。