碳酸鈣為什么可以讓塑料如此“韌性”？這是最好的答案！

 導讀

碳酸鈣是塑料行業中應用較多，較為常見的一種無機填料，其原料豐富，工藝成熟，價格實惠，廣泛應用于五大塑料制品中。以超細或納米碳酸鈣材料而論，本身具有極高的表面積，在高分子聚合物中可以顯著提高材料的抗沖擊性能(韌性)，對拉伸強度、斷裂伸長也具有提升作用。在與聚合物復合時，納米顆粒的表面效應、小尺寸效應、量子效應以及協同效應，將使復合材料的綜合性能有極大的提高。

該法是在高化學活性的硅氧烷金屬化合物等前驅體體系中進行，前驅體發生水解反應和縮合反應形成穩定且均勻的透明凝膠體系，同時形成CaCO3粒子，且粒子高度分散在凝膠體系中。隨著時間的推移，凝膠體系逐漸失去流動性，再對凝膠進行干燥或燒結處理，得到納米結構復合材料。該法使CaCO3在有機基體中高度分散，充分發揮納米材料的性能優勢，所制備復合材料的各項性能優良。但該法由于在干燥過程產生收縮應力，導致很難獲得大批量產品，無法進行工業化生產。

該法是按一定比例將CaCO3均勻混入塑料單體中，在塑料單體發生聚合反應制備高分子塑料時，由于CaCO3粒子與塑料單體發生物理或化學反應，使CaCO3能夠有效附著在塑料單體表面，并隨著單體的縮聚過程均勻的分散在塑料基體中。利用該法制備復合材料，反應條件溫和，可在不改變無機納米粒子自身特性的情況下具有優異的成型效果。但目前使用技術還不成熟，未能大范圍使用。

該法是利用物理共混的方式，用乳液共混、熔融共混和機械共混的形式，將CaCO3粒子混入已經縮聚成型的塑料基體中。共混法具有過程簡單可控，設備簡單，碳酸鈣和塑料基體的制備可分步進行，互不干擾，可批量生產等優勢，也是目前塑料改性最為常見的方法之一。不過，共混過程中碳酸鈣如何均勻分散在塑料基體中也是個長久課題。

     另外，在共混過程中添加特殊結構的無機礦物，形成材料結構上的良性調整也有助于韌性增加。例如，碳酸鈣、硅灰石、水鎂石、海泡等礦物都可能產生特殊結構，如球狀、片狀、纖維狀、網狀、層狀、多孔等結構。

Jiang等采用熔融共混法，分別制備出了納米CaCO3/ABS復合材料和微米CaCO3/ABS復合材料。結果表明，納米CaCO3在復合材料中分散更均勻，且前者所表現出來的力學性能明顯優于后者。分析認為，造成這種情況的主要原因是納米CaCO3與ABS的界面面積增大和韌帶的空化剪切屈服協同影響。

Feng等為改善PP纖維與水泥基體的粘結性能，采用納米CaCO3對PP纖維進行表面改性。發現經納米CaCO3改性后，PP纖維表面粗糙度增加，形成致密的水化產物，水化程度高。將改性后的PP纖維填充水泥發現，其復合材料抗彎性能得到明顯提升。

專利CN102875869A，公開了一種納米碳酸鈣增強增韌塑料母料及其制備方法。該母料是由納米碳酸鈣、微米碳酸鈣、茂金屬聚乙烯、載體樹脂和助劑組成，納米和微米碳酸鈣的共混加入提高了母料增強增韌的作用，茂金屬聚乙烯強度高、韌性好，可同時提高母料的增強增韌效果。

     該母料在制備時分兩步完成，使納米碳酸鈣經過了兩次同向雙螺桿擠出機，進一步加強了其在母料中的分散性，充分體現了其增強增韌的作用。本發明的優點在于使納米碳酸鈣均勻地分散在載體樹脂中，制成的母料大大體現了納米碳酸鈣特有的增強、增韌性能。

     從宏觀角度來看，未來塑料增韌增強主要向材料復合技術路線發展。如通過選用低成本的無機材料，通過納米粉體、一維結構材料(硅灰石、碳酸鈣晶須、短玻璃纖維)、二維結構材料(滑石粉、云母粉、石墨烯)三維結構(硫酸鋇、玻璃微珠等提高材料綜合性能，制備成母料，既可以替換納米增韌母料，也可以替換玻璃纖維增強母料，具有較寬的適應性。

      例如，武漢理工大學張凌燕研究了復合體系的增韌機理，發現PP復合材料的強度及韌性的提高并不是云母、硅灰石、碳酸鈣或者LDPE、POE某一單因素所起的作用，而是體系中三者協同作用的結果。因此幾種材料之間的協同作用會成為未來塑料增韌增強技術的發展趨勢。