我國(guó)是塑料生產(chǎn)大國(guó)、消費(fèi)大國(guó)，在全世界2.5億噸/年塑料制品總量中，我國(guó)塑料制品總量已超過(guò)八千萬(wàn)噸，不久的將來(lái)，將超過(guò)美國(guó)成為世界第一生產(chǎn)及消費(fèi)大國(guó)。 我國(guó)又是資源困乏的國(guó)家，特別是成為戰(zhàn)略物資的石油，一半以上依賴進(jìn)口。我們要把碳酸鈣等非金屬礦粉體材料的應(yīng)用和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念聯(lián)系起來(lái)，使用蘊(yùn)藏量大且價(jià)格相對(duì)低廉的非礦粉體材料替代以石油或煤為基礎(chǔ)原料的合成樹脂，制造出滿足使用要求的填充改性高分子材料其意義之重大不言而喻，而且從理論上說(shuō)，使用非礦粉體材料做為添加劑的高分子材料都是可以回收再重復(fù)使用的，從而為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
1、用重鈣還是用輕鈣？
重鈣和輕鈣雖然在堆積密度上有較大區(qū)別，但它們的粉體顆粒本身的密度是所差無(wú)幾的，而這些粉體顆粒在塑料基體中的存在狀態(tài)應(yīng)當(dāng)像大海中的島嶼一樣，如果顆粒完全被分散開來(lái)，那么它們對(duì)填充塑料材料密度的影響就無(wú)明顯差別；如果它們各自的存在狀態(tài)是多個(gè)顆粒堆積在一起，或它們與塑料基體的大分子之間存在空隙，那么影響的大小就不肯定了。因此不能說(shuō)輕鈣“輕”，而重鈣“重”。例如在編織袋扁絲中使用400目的重鈣，加入20%的重鈣并未影響到每噸物料的總長(zhǎng)度，就是因?yàn)樵趩蜗蚶欤ɡ毂冗_(dá)6倍）的過(guò)程中，80%的聚丙烯如同100%的聚丙烯一樣被拉伸到同樣的長(zhǎng)度，其區(qū)別就在于聚丙烯大分子之間的距離被拉大了，而重鈣顆粒就分布在聚丙烯大分子之間的空隙中，從而大大減小了對(duì)塑料材料密度的影響。因此在單向拉伸塑料制品中不必從密度的角度考慮是用輕鈣還是重鈣。
輕鈣早于重鈣用于橡膠材料及制品，后又移植到塑料材料中，而重鈣是上世紀(jì)八十年代才開始被大量使用的。人造革、管材、型材等制品中已慣用輕鈣，在使用價(jià)格相對(duì)低廉的重鈣代替輕鈣的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)效果并不理想，無(wú)論從材料性能上，外觀手感上，還是從面積、長(zhǎng)度的單位價(jià)上都不合算，至今仍然以使用輕鈣為主，而在塑編制品、管材、注塑或中空制品中，普遍使用重鈣，究其原因主要有以下區(qū)別：
2、納米碳酸鈣及在塑料中應(yīng)用問題
納米技術(shù)和納米塑料是近年來(lái)非常活躍而同時(shí)又屢遭非議的領(lǐng)域。標(biāo)有納米字樣的研究成果及產(chǎn)品到處可見，其中不乏真識(shí)卓見，也有一些工業(yè)化的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，但心存疑慮的大有人在。從產(chǎn)業(yè)化的角度看 ，要在經(jīng)濟(jì)合理的前提下其性價(jià)比明顯提高，即可認(rèn)定有其產(chǎn)業(yè)化的價(jià)值；而從學(xué)術(shù)的角度看，納米僅僅是一個(gè)長(zhǎng)度的度量單位，具有納米尺度的（通常公認(rèn)三維方向至少有一個(gè)方向的長(zhǎng)度小于100nm）顆粒能否均勻地、互不粘連地分散在塑料基體中，是判斷能否稱之為納米塑料的關(guān)鍵。因?yàn)橹挥挟?dāng)納米尺度的顆粒像海島一樣分布在基體塑料的汪洋大海之中時(shí)，納米技術(shù)的小尺寸效應(yīng)、大比表面效應(yīng)和量子化效應(yīng)才能真正體現(xiàn)出來(lái)，從而帶來(lái)材料性能質(zhì)的飛躍，而不是僅僅得到一些提高和改善。
例如含有4.2%蒙脫土的尼龍6，較之純尼龍6其拉伸強(qiáng)度提高50%，模量提高100%，而沖擊強(qiáng)度基本不變，同時(shí)熱變形溫度提高近90℃，透明性增加，吸水性下降。微觀觀察此種尼龍可知：蒙脫土顆粒確實(shí)是以納米尺度的碎片分散在尼龍6基體中，而且呈全剝離型，即形成了真正意義上的納米塑料。
首先要強(qiáng)調(diào)指出的是蒙脫土是一種層狀硅酸鹽，但并不是添加到塑料中就成為納米塑料。如果蒙脫土始終保持著原來(lái)的結(jié)構(gòu)，層間距不變，僅僅以細(xì)小顆粒的形式分散在基體塑料中，其顆粒尺寸仍然在微米級(jí)范疇，那得到的只是傳統(tǒng)意義上的填充改性材料，不能稱之為納米塑料。如果聚合物分子已經(jīng)插入到蒙脫土結(jié)構(gòu)片層層間，并使其間距增大，但疊層的結(jié)構(gòu)仍然保持著（插層型復(fù)合），此時(shí)復(fù)合材料的性能將會(huì)有所改進(jìn)，但幅度不會(huì)太太，也不能稱之為納米塑料。只有蒙脫土的疊層結(jié)構(gòu)被完全打破，約1nm大小的硅酸鹽碎片無(wú)規(guī)則而又均勻地分散到聚合物基體中，分散相具有極小的尺寸和極大的比表面積（剝離型復(fù)合），才是我們所希望達(dá)到的目標(biāo)。
不可否認(rèn)納米碳酸鈣在生產(chǎn)過(guò)程中某一時(shí)刻，其粒子大小確實(shí)處于十幾到幾十nm的范疇，但在隨后的脫水、干燥過(guò)程中，這些原生粒子又團(tuán)聚起來(lái)，作為商品到我們用戶手里實(shí)際上是這些團(tuán)聚體，利用現(xiàn)有粉體表面處理設(shè)備、處理劑以及后續(xù)的混煉設(shè)備都不可能將團(tuán)聚體打散，從而不可能得到真正的納米碳酸鈣改性的納米塑料。
近年來(lái)，圍繞著塑料用納米碳酸鈣及其在基體中分散問題有大量的研究成果，例如四川大學(xué)將濕法研磨、高速（4000轉(zhuǎn)/分）混合、超聲波振蕩、震動(dòng)磨等方法和設(shè)備引入納米碳酸鈣的處理過(guò)程，寶雞云鵬塑料科技有限公司自行研制成功新型解聚劑，將處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的納米碳酸鈣團(tuán)聚顆粒解聚瞬間加以表面包覆，都有助于部分團(tuán)聚在一起的納米碳酸鈣以納米尺度分散在基體塑料中，而且填充塑料的性能比傳統(tǒng)辦法處理的碳酸鈣都有明顯提高，做出了十分有價(jià)值的嘗試。
 注：1. 云鵬母料中CaCO3含量為75%；
2. 地膜在甘肅天水塑料有限公司生產(chǎn)設(shè)備上制得，其它檢驗(yàn)項(xiàng)目（寬度極限偏差、厚度極限偏差、平均厚度偏差及外觀等）的檢驗(yàn)結(jié)果均符合地膜國(guó)標(biāo)要求。
從表2中可以看出，云鵬公司的碳酸鈣填充母料在地膜中的添加量達(dá)到33%時(shí)，雖然較純樹脂地膜其力學(xué)性能有所下降，但仍能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，在不同添加比例的各種地膜中，拉伸負(fù)荷和直角撕裂負(fù)荷的最大降幅在20%左右，而如果使用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的碳酸鈣填充母料，在CaCO3含量達(dá)30%時(shí)，填充PE薄膜的拉伸強(qiáng)度縱、橫分別下降45%和42%，直角撕裂強(qiáng)度縱、橫向分別下降32%和31%。
2.1 碳酸鈣對(duì)塑料燃燒性的影響
碳酸鈣的熱分解溫度在800℃以上，而一般的塑料都是易燃的，其點(diǎn)燃的溫度在400℃左右，因此在初始燃燒階段，希望碳酸鈣分解釋放出二氧化碳是不可能的。碳酸鈣存在的有利之處僅在于減少可燃物的量，而且碳酸鈣含量越高，在同一體積內(nèi)的可燃物質(zhì)就越少，當(dāng)然有利于阻燃。但由于碳酸鈣的存在，高分子材料燃燒時(shí)迅速膨脹并氣化的過(guò)程中形成無(wú)數(shù)微孔，大大增加了可燃物與氧氣接觸的表面積，使更多的可燃物參與燃燒，并進(jìn)一步提高著火區(qū)域的溫度，更有利于可燃物的膨脹與氣化。惡性循環(huán)的結(jié)果，使碳酸鈣作為不燃物質(zhì)的貢獻(xiàn)顯得微不足道。上世紀(jì)九十年代日本等國(guó)家和地區(qū)率先在聚乙烯垃圾袋中加入30%的重鈣，就是出于在焚燒爐中碳酸鈣有利于聚乙烯燃燒的考慮。
實(shí)驗(yàn)表明，100g含有30%碳酸鈣和1%焚燒熱氧降解劑的聚乙烯薄膜完全燃燒所需時(shí)間僅為4秒，而同樣重量的純聚乙烯薄膜完全燃燒所需時(shí)間為12秒，二者相差三倍。
2.2 碳酸鈣對(duì)塑料老化性能的影響
作為高分子聚合物，在光、熱等環(huán)境條件下會(huì)發(fā)生分子鏈的斷裂，同時(shí)有可能產(chǎn)生接枝或交聯(lián)反應(yīng)，宏觀上表現(xiàn)為力學(xué)性能下降，這種現(xiàn)象稱之為老化。
在光的作用下聚乙烯塑料薄膜極易發(fā)生老化。針對(duì)聚乙烯光老化機(jī)理研制生產(chǎn)了光穩(wěn)定劑。當(dāng)碳酸鈣加入到聚乙烯中制成薄膜后，對(duì)其老化性能影響是決定我們?nèi)绾卧诘啬せ蚺c陽(yáng)光頻繁接觸的聚乙烯或聚丙烯塑料制品中使用碳酸鈣的重要問題。
實(shí)驗(yàn)表明含有碳酸鈣或滑石粉的聚乙烯薄膜在日光曝曬過(guò)程中，達(dá)到一定值羰基指數(shù)（CI）的時(shí)間都少于純聚乙烯薄膜，表明碳酸鈣的存在對(duì)聚乙烯薄膜的老化是有一定促進(jìn)作用的，見表3。表4列出碳酸鈣改性母料填充PE薄膜在人工加速氙燈老化前后力學(xué)性能的變化數(shù)據(jù)。檢測(cè)結(jié)果表明隨著碳酸鈣用料增加，在同樣老化條件下，填充PE薄膜老化速度加快。
  2.3 碳酸鈣填充塑料的衛(wèi)生安全性問題
食品安全，包括食品本身的安全和食品包裝材料的安全，近年來(lái)日益得到上至國(guó)家政府，下至黎民百姓的密切關(guān)注，新聞媒體更是樂此不疲，不時(shí)報(bào)出轟動(dòng)性新聞，牢牢抓住讀者的眼球。其中和碳酸鈣有關(guān)的就是“毒論”。中央電視臺(tái)曾反復(fù)播出執(zhí)法人員到河北某廠抓“現(xiàn)行”的畫面，鏡頭對(duì)準(zhǔn)一袋袋的“毒物”，上面赫然印著“方解石粉”幾個(gè)大字。方解石粉即重質(zhì)碳酸鈣，它真的有毒嗎？據(jù)說(shuō)是因?yàn)?ldquo;石粉”，加到PP餐盒中，按目前我國(guó)《食品包裝用聚丙烯成型品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》檢測(cè)，4%乙酸浸泡2小時(shí)后的蒸發(fā)殘?jiān)鼞?yīng)≤30mg/L要求，現(xiàn)市售的填充型PP餐盒多數(shù)是不合格的。這主要是因?yàn)樘妓徕}為強(qiáng)堿弱酸鹽，易被酸性液體溶解，其蒸發(fā)殘?jiān)?jīng)檢驗(yàn)全部為乙酸鈣，但這與“毒”無(wú)任何關(guān)系，因?yàn)樽鳛獒t(yī)藥的鈣片其主要成分就是碳酸鈣，進(jìn)入人體胃中遇胃酸同樣要被溶解。就連我們每天必須飲用的水中也含有大量鈣、鎂離子，煮水壺中的水垢就是明證。為什么同樣是鈣，在方解石粉中，在重鈣中就成為“毒品”了呢？不合格是指就目前的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與檢驗(yàn)方法來(lái)說(shuō)未達(dá)標(biāo)，但不合格不等于“有毒”，現(xiàn)在國(guó)家質(zhì)檢部門屢屢公布的市場(chǎng)商品抽檢結(jié)果，不合格率經(jīng)常達(dá)到20%以上，那都認(rèn)為是“有毒”嗎？
1） 我們向來(lái)主張應(yīng)當(dāng)科學(xué)地、合理地、適量地使用碳酸鈣；
2） 碳酸鈣本身無(wú)毒、對(duì)人體無(wú)任何害處，適當(dāng)補(bǔ)充還是非常必要的，因此只要我們的產(chǎn)品中沒有對(duì)人體有害的重金屬成分，就不應(yīng)當(dāng)將“方解石粉”等碳酸鈣產(chǎn)品列為“有毒物質(zhì)”；
3） 目前涉及到蒸發(fā)殘?jiān)男l(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)還在執(zhí)行，而且也不可能因?yàn)樘妓徕}的問題就將其廢除或修訂，但我們應(yīng)當(dāng)理直氣壯地宣布合理地、適量的使用碳酸鈣不會(huì)給人身健康帶來(lái)任何問題；
4） 相對(duì)于形形色色的所謂“環(huán)保”材料來(lái)說(shuō)，碳酸鈣填充的聚丙烯塑料和聚苯乙烯發(fā)泡塑料，具有極強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，目前在市場(chǎng)上仍然占主導(dǎo)地位。
結(jié)語(yǔ)
碳酸鈣等非礦粉體材料在塑料中的應(yīng)用已取得顯著成效，碳酸鈣行業(yè)為塑料工業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，同時(shí)也為節(jié)約石油資源，實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略，改變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)做出了重大貢獻(xiàn)。在新的歷史時(shí)期，面對(duì)越來(lái)越多的碳酸鈣產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，越來(lái)越多的其它種類的非金屬礦粉體材料在塑料應(yīng)用市場(chǎng)中參與競(jìng)爭(zhēng)，碳酸鈣行業(yè)面臨著巨大挑戰(zhàn)。我們希望碳酸鈣行業(yè)能夠再接再歷，多從下游行業(yè)的需求出發(fā)，認(rèn)清在應(yīng)用中出現(xiàn)的各種問題，采取有力的對(duì)策和措施，加強(qiáng)科研開發(fā)和成果轉(zhuǎn)化工作，及時(shí)與下游行業(yè)進(jìn)行溝通，開創(chuàng)碳酸鈣在塑料、造紙、涂料等行業(yè)中應(yīng)用的新局面。
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