一、PVC樹脂的優(yōu)勢

PVC是目前中國最具有資源優(yōu)勢的一個塑料品種，產能達到2326萬噸，消費量只有1638萬噸，屬于產能嚴重過剩塑料品種，利用空間很大。

PVC是目前唯一非石油原料的塑料品種，也是唯一采用無機材料合成的有機聚合物，電石法PVC采用鹽礦電解產生氯氣、采用石灰石經電石產生乙炔，最后合成氯乙烯單體合成聚氯乙烯樹脂。排除生產過程的碳排放，單純的PVC樹脂具有明顯的低碳排放效應。

PVC還有容易改性和成本低的優(yōu)勢，尤其是可以添加大量的無機粉體碳酸鈣。以前我們都是隨意選取一個碳酸鈣品種就添加，但是不同的碳酸鈣品種、不同的碳酸鈣粒度核分布、不同的碳酸鈣表面處理程度都很大影響PVC制品的性能，如何選擇好正確的碳酸鈣即降低PVC制品的成本、又可以改性PVC制品的性能，就是今天要研究的內容。

二、碳酸鈣的優(yōu)勢

依碳酸鈣的來源不同，可將碳酸鈣分為重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣和生物碳酸鈣三大類。

重質碳酸鈣用天然方解石、大理石、白云石、石灰石等原礦經過選礦、清洗、破碎、研磨或再研磨、表面處理等工序而制成。

輕質碳酸鈣是用化學加工方法制得的。它以石灰石為原料經煅燒、消化、碳化等化學過程制成，優(yōu)點為組成比較均一、雜質含量低、堆積密度小、粒度比較細（2500目左右）、粒徑分布均勻性高。輕質碳酸鈣的又稱為沉淀碳酸鈣、沉降碳酸鈣、膠質碳酸鈣、活性碳酸鈣，因其堆積密度明顯低于重質碳酸鈣而得名，但制成塑料填充復合制品的密度不一定低。

生物碳酸鈣由蛋殼、珊瑚、貝殼、珍珠層等未經燒結的生物原料經清洗、粉碎、過篩而成，主要包括貝殼殼粉和牡蠣殼粉兩類，碳酸鈣含量97%左右，其余為有機質，并以氨基酸為主。與礦物碳酸鈣相比，其優(yōu)點為資源可以循環(huán)再生，生物生存過程吸收二氧化碳，并將二氧化碳固化，因此具有低碳性能。

碳酸鈣具有價格低廉、來源廣泛、成份穩(wěn)定、無毒無味、色澤白、易著色、硬度低、易干燥、易細化、易分散、易表面處理、不磨損設備、化學穩(wěn)定性高等優(yōu)點，目前已經成為用量最大、用途最廣的第一大類無機填料。我國的碳酸鈣分布很廣泛，很多地區(qū)如遼寧海城、四川雅安、廣西河池和賀州、湖北恩施、安徽池州等都盛產優(yōu)質碳酸鈣，國外如越南、印度、土耳其的碳酸鈣也都很好。

2016年中國塑料行業(yè)用碳酸鈣為800萬噸左右，其中輕質碳酸鈣占到30%左右。這些碳酸鈣可以代替800萬噸樹脂，代替1500萬噸石油，具有十分顯著的低碳環(huán)保價值。

碳酸鈣看起來很簡單，其實應用起來有很多訣竅，而且研究得越透徹，做出來的制品性價比越好，可以為企業(yè)創(chuàng)造出更高的經濟效益。

三、碳酸鈣在PVC發(fā)泡板材中應用

對于PVC發(fā)泡板材而言，碳酸鈣填充是否影響發(fā)泡性能發(fā)揮十分復雜，主要取決于碳酸鈣的尺寸、添加量、分散性和含水量，如果碳酸鈣的這些因素使用得當就可以促進發(fā)泡，反之會嚴重影響發(fā)泡。

碳酸鈣可以正面促進發(fā)泡的原因兩個：一是碳酸鈣可以作為成核劑，吸附發(fā)泡氣體形成氣泡核，控制泡孔的數量，使PVC泡孔更細；二是碳酸鈣可以改善PVC的熔體性能，自身剛性比較大的碳酸鈣可以減緩熔體變形和移動能力，從而可以抑制泡孔過快膨脹，控制泡孔尺寸更細。但是并不是所有的碳酸鈣都可以促進PVC發(fā)泡，碳酸鈣必須如下得當的條件才能促進發(fā)泡。碳酸鈣如何選擇和處理才算得當？具體要看碳酸鈣的下列因素如何控制？

1、碳酸鈣特性的選擇

碳酸鈣的尺寸 碳酸鈣粒徑大小與發(fā)泡劑匹配時就可以起到成核劑的作用，對于發(fā)泡會起到正面作用，具體合適的尺寸為小于5μm、大于不團聚的尺寸1.5μm。如果無機粉體的粒度大于10μm，或者太細導致自身團聚起不導成核劑作用，對于發(fā)泡就有一定負面影響。本人建議選擇3000目（4μm）碳酸鈣，這個尺寸既可以保證尺寸不大于5μm、又可以保證不團聚。

碳酸鈣加入量 適宜的碳酸鈣加入量可以促進發(fā)泡質量，一般建議最佳填充量為10%-20%。碳酸鈣加入量太低，熔體中形成不了足夠的的成核點，造成發(fā)泡倍率偏低；碳酸鈣加入量太高，是可以形成很多成核點，但是填充過大熔體強大太低，導致過多破泡，也同樣降低發(fā)泡倍率。

碳酸鈣分散性 如果無機粉體在樹脂中分散很均勻，就可以保證沒有團聚現象出現，保證碳酸鈣尺寸在5μm尺寸就可以稱為成核劑，就不影響發(fā)泡成型。保證碳酸鈣分散性的方法為碳酸鈣表面處理，如果無機粉體表面處理的徹底，完全改變了原來的親水性為親油性，就可以不影響發(fā)泡成型。具體表面處理方式可以采用雙親處理方式，即用鋁酸酯偶聯劑/多元醇表面活性劑雙重處理，或者選擇鋁鈦酸酯偶聯劑處理。保證碳酸鈣分散性的辦法一個是尺寸合適，另一個就是表面偶聯劑包覆處理。如果碳酸鈣表面包覆處理的不徹底，就會造成分散不均勻，導致細粉體團聚成較大的顆粒，由于碳酸鈣的導熱系數遠遠大于樹脂，從而在熔體中開始吸收熱量形成局部過熱點，降低了過熱點附近熔體的強度。發(fā)泡劑過早分解，導致制品還未到達冷卻區(qū)域提前發(fā)泡，造成制品表面未結皮或者結皮不良。

碳酸鈣含水量 如果無機粉體的含水量小于0.5%，填充基本不影響發(fā)泡成型。

結論：選擇3000目左右的碳酸鈣，加入量控制在10%-20%，保證在PVC中分散均勻，就算碳酸鈣使用得當，就可以促進PVC發(fā)泡質量提高。

2、碳酸鈣品種的選擇

碳酸鈣的特性要求已經選擇好，面對眾多碳酸鈣品種如何選擇？在上述各類碳酸鈣品種中，PVC傾向于選擇輕質碳酸鈣，具體的原因如下。

協助穩(wěn)定：輕質碳酸鈣的PH值高為9-10，而重質碳酸鈣的PH值為8-9，因此輕質碳酸鈣的堿性更強，可以大量吸收PVC分解產生的HCL，輔助熱穩(wěn)定劑起到熱穩(wěn)定作用。

粒度優(yōu)勢：輕質碳酸鈣的自身粒度比較細，一般輕松可以達到2500目作用，這類粒度正是PVC需要的，可以滿足PVC管材和型材的性能需要。而重質碳酸鈣只是最近10年才可以達到這個粒度，因為使用習慣在逐漸選擇重質碳酸鈣。

消除色光：PVC制品一般含有黃色色光，而輕質碳碳酸鈣含有藍色色光，加入正好可以消除黃色色光。

改善韌性：輕質碳酸鈣對PVC制品的沖擊強度改性有利，而重質碳酸鈣對拉伸強度的貢獻突出。

但是目前因為重質碳酸鈣的粒度已經可以達到納米級別，PVC選擇重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣都可以，考慮到兩種碳酸鈣在改性貢獻的測重點不同，往往選擇兩種復合使用最好，一般選擇大方解石重質碳酸鈣/輕質碳酸鈣3/1比例，可以兼顧PVC的拉伸強度和沖擊強度。

對于重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣而言，在配方設計上稍有不同。對與選用輕質碳酸鈣的PVC配方：輕質碳酸鈣可以促進PVC的熱穩(wěn)定性，因此配方可以相應減少穩(wěn)定劑含量；輕質碳酸鈣對沖擊強度有利，可以相應減少增韌劑用量；輕質碳酸鈣的吸油值比較高，需要相應增加小分子助劑如偶聯劑、潤滑劑、分散劑的用量。對于選擇重質碳酸鈣的配方，正好相反。