中國粉體網訊 塑料母料就是將所要添加的組分與載體樹脂先進行混合、混煉、造粒制成的顆粒原料，主要包括載體樹脂、添加劑和助劑三大部分。以碳酸鈣（CaCO3）為母料核，其產品即為填充母料；若以酞菁藍等色料為母料核，則其產品為著色母料，在某些色母料中也會加入部分碳酸鈣填料，但用量比填充母粒少。
1、碳酸鈣填充母料的組成及其作用
采用母料法生產塑料制品具有簡化工藝過程、改善混煉效果、組分均勻、提高生產效率、減少粉塵飛揚等優點，并使得加工成型和制品質量穩定。碳酸鈣在填充母料中用量可達70%，在色母料和其他功能母粒中僅占10-20%，甚至更少。
CaCO3母料的基本微粒單元由4個部分組成，即填料核、偶聯層、分散層和載體層。一般是將塑料樹脂與表面處理好的CaCO3及其他助劑于雙螺桿擠出機中共混造粒而成。
a.CaCO3填料核在母料的最內層，它決定了母料的性質及用途，主要起增容、提高剛性、降低成本等作用。
b.偶聯層主要由同時對CaCO3填料核和樹脂起化學和物理作用的偶聯劑及少量交聯劑組成，主要是改善填料與樹脂間的結合力，增大母料核同載體之間的相容性和結合性。
c.分散層主要由分散劑組成，能使處理好的CaCO3粉末狀填料在制成母料的造粒過程中較好、較多地與增混物（如偶聯劑）混合并制成顆粒，同時改善填充母料與樹脂體系的流動性，避免無機填料聚團，提高制品表面光潔度等。
d.載體層連接CaCO3填料核和樹脂的過渡層，主要由與要填充的樹脂有很好的相容性并有一定的力學性能的樹脂和（或）具有一定的雙鍵的共聚物構成，由于這一層的量比較大，它直接與要填充的樹脂接觸、混容，對體系的力學性能影響很大。
2、母料中碳酸鈣的選擇與要求
（1）理想狀態下選擇方解石和大理石的差異
碳酸鈣一般分為方解石和大理石兩種，通過磨粉加工，生產出來的粉體叫重質碳酸鈣粉，但他們的性質和應用效果存在一些差異。
解理與色相。方解石礦石從微觀的晶體結構上來看屬于六方晶系，解理很清晰，有透光性，礦石表面是一個個很清晰的平面，不管怎么碎，都能看到平面。方解石又分為大方解石和小方解石，解理清晰規則的為大方解石，透明度很高；解理錯亂的為小方解石。大理石晶體一般呈立方體形，分為粗晶礦和細晶礦。
方解石礦有三種色調，乳白相、偏黃相、偏紅相，色相比較柔。大理石粉略感青白相、藍相，白度差的感覺會比較暗。
含鈣量與白度。方解石和大理石主要成分都是碳酸鈣，好的方解石含鈣量可以達到99%以上，而大理石含鈣量大約在96%-98%。
方解石粉體性軟，韌性略好，吸油量低，分散性、流動性、粒徑分布以及粉體的吸油值、遮蓋率都比大理石要好。方解石粉白度可以做到95%-97%以上（400目粉），大理石為青白色微微發灰，白度則偏低一些，大約在93%-96%（400目）。密度大，性硬發脆，機械磨損大，吸油量高，高質量填充比較難做好。
大方解石粉由于純度高，可以用在食品級的各個領域，比如牙膏、食品添加劑、食用鈣片、飼料添加劑等。還可用作嬰幼兒紙尿褲、衛生巾透氣專用料等原料。小方解石粉成型加工較易，適合做吹膜拉絲、復合薄膜流延涂覆、無紡布填充等。大理石粉適合做注塑級改性料和塑鋼門窗料等。
（2）嚴格要求下對指標的控制
母料中碳酸鈣的細度、白度、純度、粒徑、吸油值等都有具體要求。一般平均粒徑<2.2μm，白度≥95%，碳酸鈣含量>96%，吸油量較低。白度雖然是外觀指標，但與產品內在質量密切相關，如果白度低于95%，說明碳酸鈣純度不夠，內含雜質較多，這些雜質還會影響塑料制品的性能。碳酸鈣粉粒徑對于生產高品質母粒更加關鍵，粒徑分布越窄越好。
（3）重鈣、輕鈣的應用差異
在母料中重鈣、輕鈣都有廣泛的應用，作用基本都是提高剛性、降低成本這三點。輕鈣的優點是組成比較均一，粒度可以達到5μm左右，沉積密度遠遠小于重鈣，填充制品的相對密度也略小于重鈣。輕鈣的缺點是加工中易變色，價格也略高于重鈣。
納米CaCO3因粒徑變得很細，表面極性很強，表面自由能很高，在粒度達到1μm時很容易團聚，達不到預期的改性效果，在中高端母料中也有應用但還比較少。總體而言，重、輕碳酸鈣兩者改性效果區分不是十分明顯，重質CaCO3對拉伸強度上較好，而輕質CaCO3對沖擊強度較好。
3、母料用碳酸鈣改性技術
（1）改性目的與方法
CaCO3粒子表面有親水性較強的輕基，耐酸性差，與有機高聚物的親和性差，易造成分散不均勻，導致界面缺陷。因此，需要調整CaCO3的結晶形態、粒子大小、粒度分布及進行表面處理等，減少顆粒間的黏附，增加親油性，提高CaCO3在基質中的分散性和相容性，增大填充量，使CaCO3成為一種更好的具有增韌、補強效果的功能性無機填充材料。
CaCO3的改性主要有兩條途徑：一是改變CaCO3的結晶形態和粒度分布，用結晶形態各異的、微細或超微細的CaCO3改善其在樹脂中的分散性。這種方法的CaCO3生產工藝復雜，CaCO3產品成本較高，難以工業化生產。二是改善CaCO3的表面性能，使其由無機性向有機性轉變，增大CaCO3與有機樹脂的相容性，改善制品的加工性能和物理機械性能。這種方法主要采用兩親結構物質（如偶聯劑）對CaCO3進行表面偶聯活化處理使得無機CaCO3的吸水量下降，吸油值增加，改善了無機CaCO3在合成樹脂中的分散性能，增強鍵結合能力。一般先將CaCO3干燥除水，再將適當比例的偶聯劑及輔助偶聯劑與CaCO3置于高速捏合機，在一定溫度下分散并混合均勻。
（2）改性效果判斷與表征
吸油值是CaCO3改性效果的一個表征指標，能夠表征粉樣的聚集狀態，粒子細、顆粒間的空隙減小、表面光滑，吸油值就低。沉降體積是衡量粉體分散穩定性的一個重要參數，若液體對粒子有較好的潤濕性，粒子間不易聚集和粘連，沉降時，沉降體積較小;相反，若顆粒分散性較差，顆粒易于聚集，粒子間因橋聯而留有較多空隙，沉降時易形成沉積物，沉降體積較大。另外，活化度和靜態接觸角是評價碳酸鈣改性效果的重要條件，活化度越高，改性效果越好;靜態接觸角越大說明碳酸鈣疏水性越好，碳酸鈣的改性效果越好。
結語
母料填料有很多種，碳酸鈣的優勢在于廉價易得、化學性質穩定、白度高、硬度適中、吸油值可控等方面。需要指出的是，碳酸鈣在母料中的應用技術進步比較緩慢，研發主動性和吸引力還有所不足，究其原因是其市場價值沒有充分挖掘，而要提升它的價值則有賴于塑料產品應用技術和應用場景的革新。
參考文獻
李建軍，主編《塑料配方設計（第三版）》中國輕工業出版社
周春暉，主編《碳酸鈣清潔加工和產品鏈》化學工業出版社
陳信華、趙瑞良、徐一敏，主編 《色母粒配方設計和工業制造》化學工業出版社
（中國粉體網編輯整理/昧光）
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