区分轻质碳酸钙和重质碳酸钙

摘要：在PVC管材中加入适量碳酸钙可显著提高管材的抗冲击性能，降低产品的成本，但是不同品种碳酸钙的改性效果大不相同，本文着重介绍如何区分轻质碳酸钙和重质碳酸钙。

众所周知，重质碳酸钙（简称重钙）和轻质碳酸钙（简称轻钙）是塑料工业中使用数量.大、应用面.广的粉体填料。我国塑料制品的年产量已超过1万吨，以塑料用粉体填料数量占塑料制品总量8%，碳酸钙在各种粉体填料总量占70%计算，目前我国塑料工业每年使用的各种规格的碳酸钙在570万吨左右。碳酸钙以价格低廉、使用方便、副作用少等多优点成为塑料加工行业..的增量材料，为碳酸钙行业带来巨大商机。

塑料制品行业每年应用570万吨碳酸钙，其经济性是不言而喻的，由于可代替以石油为原料的合成树脂，相当于国家少建2-3座大型石油化工厂，不仅可以节约数百亿元的投资，而且节约下来的是地球上不可再生且日益成为国家必争的战略资源的石油，对环境的是不可磨灭的贡献。

多年的应用实践表明，碳酸钙不仅可以降低塑料制品的原材料成本，而且还具有改善塑料材料某些性能的作用，近几年来的研究更是获得可喜成果，多家大专院校和科研单位的研究成果表明，不同种类的碳酸钙如使用得当，可显著提高基体塑料的性能，但轻质碳酸钙和重质碳酸钙的区分一直困扰着多数用户，本文作者分多个方面介绍其不同。

 1 来源方式不同

轻质碳酸钙是化学合成的碳酸钙，又称沉淀碳酸钙、胶体碳酸钙或者活性碳酸钙，甚至可以生产出纳米碳酸钙，简称轻钙。它是将石灰石原料煅烧生成石灰和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳，其主要成分氢氧化钙，通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，经脱水、干燥和粉碎制得，或者由碳酸纳和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀，经脱水、干燥和粉碎制得。重质碳酸钙简称重钙，是用机械方法直接粉碎天然的方解石、大理石、白垩、贝壳等制得。

 2 堆积密度不同

重钙与轻钙.明显的区别就在于产品的堆积密度不同，重钙产品的堆积密度较大，一般为0.8-1.3g/cm3；而轻钙产品的堆积密度较小，多为0.5-0.7g/cm3；一些纳米碳酸钙产品的堆积密度甚至更低，可达到0.28g/cm3左右。由产品的包装体积也可以粗略分辨出重钙和轻钙产品，一般重钙产品多为25kg/包，产品包装体积较小，而同等质量的轻钙产品包装体积明显较大，一些纳米碳酸钙产品还采用15kg/包或20kg/包的包装。

 3 白度大小不同

由于重钙产品相对杂质较多，因此产品白度一般为89%-93%，只有极少数的产品能达到95%。而轻钙产品因为化学合成制成，去除了很多杂质，产品纯净度高，因此白度多为92%-95%，部分产品可以达到96%-97%，这也是轻钙产品多用于高档或浅色制品填充的主要原因。

 4 水分含量不同

重钙产品水分一般为0.2%-0.3%，水分含量比较低同时也较为稳定，一些高档的重钙产品水分甚至可以达到0.1%左右。普通轻钙产品水分0.3%-0.8%，有时会有一定的波动不太稳定。传统上重、轻钙的区分就是用水份仪器测试水分，水分大到接近1%就是轻钙，小到0.1%以下为重钙。

 5 粒径大小不同

重钙产品的粒径为0.5-45um不等，产品粒径因粉碎设备不同而不同。普通轻钙产品的粒径一般为0.5-15um，因颗粒形状为纺锤形难以准确测定，一般是一个范围；轻钙中的纳米碳酸钙粒径更细，尺寸一般为20-200nm。普通轻质碳酸钙的粒度一般在2500目左右，可以满足PVC管材和型材的性能需要，所以从粒度上考虑传统上PVC管材和型材都选用轻质碳酸钙。以往因粉碎设备的限制，重质碳酸钙细度较大，现在重质碳酸钙的粒度完全可以满足需要，甚至比轻质碳酸钙更细，所以目前PVC管材和型材两者都可以选用。

碳酸钙粒径的测定可以用粒度分析仪。

 6 味道不同

轻钙因石灰石煅烧后去除掉很多杂质一般来说白度较高，纯度也较高，但国产有的轻钙因为氧化钙反应不完全，残留有石灰味道，如果用于食品行业，如填充饼干则会有呛人的味道，而重钙没有。另外，过多的氧化钙会造成产品在水性体系偏碱性或者PH值不好调节，导致成品不稳定。此外，两者的磷酸含量不同，轻钙中有时为了调整PH值处于合理范围需要加入少量磷酸，而重钙则没有。

 7 颗粒形状不同

用高倍显微镜看，重钙产品由于采用机械粉碎和分级，颗粒形态一般多为立方体、多棱体、长方体等不规则形态，具体见图1所示。对于不同的重钙加工方法，碳酸钙的微观形状不同，例如用擂蒙磨加工的碳酸钙为纺锤形，用气流磨加工的碳酸钙为颗粒形。

普通轻钙的颗粒较为规则，在充分分散开来的情况下通常呈纺锤形，具体见图2所示。对于轻质碳酸钙，合成产品的颗粒形状是可以人为控制的，可以在碳化过程中加入控制剂来实现控制。目前开发的控制剂有无机酸、无机碱、有机酸（氨基酸）、醇类、糖类、蛋白质和特殊结构的生物聚合物，例如用双亲水嵌段聚合物PEG-b-PMAA在不同浓度和不同PH值下可以分别制成菱形、花生形、长棒形、球形和哑铃性外观的碳酸，再如用树枝形聚合物聚天冬氨酸可以制成螺旋形状碳酸，又如加入阴离子右旋糖苷可以获得球形碳酸钙。

图1 重钙SEM照片 图2 轻钙SEM照片

 8 晶型不同

对于重质碳酸钙不同产地碳酸钙具有固定的晶形，破碎和细化不会改变晶型，一般方解石重钙为六方晶型、大理石重钙为立方晶型。对于轻质碳酸钙，在具体碳化制备过程中，三种晶型碳酸钙以不同比例同时出现，要想得到单一纯净的某一晶型，就要控制成型过程。轻质碳酸钙的三种晶型为：

 8.1 方解石晶型

这是碳酸钙.稳定的晶型，属于六方晶系，通常条件下矿物碳酸钙都以此种晶型存，具有此类晶型的碳酸钙遮盖力大、白度高、纯度好、耐热、耐腐蚀、耐化学稳定。

 8.2 文石晶型

常温下是碳酸钙亚稳定晶型，属于斜方晶系，具有此类晶型的碳酸钙长径比高，常用于聚合物的补强复合材料。

 8.3 球霰石晶型

是碳酸钙.不稳定的晶型，只有在有机质材料中会有少量存在，并在短时间内会自动转换为方解石晶型或文石晶，具有此类晶型的碳酸钙对生物的生命和健康起着非常重要的作，研究发现树枝状聚合物电介质和某些低分子量聚合物电介质可以促进稳定的球霰石晶型生成。

 9 吸油值不同

轻质碳酸钙的吸油值为60-90 ml/100mg，远远大于重质碳酸钙的40-60 ml/100mg，因此吸收液体性和吸收树脂性能很，如果配方含有液体助剂，应该选用吸油质小的重质碳酸，吸油值大的无机粉体会导致需要处理的偶联剂量增加，例如碳酸钙的吸油值由40ml/100mg增大到50ml/100mg，会导致偶联剂用量增加30，在PVC配方中如果选择轻质碳酸，就要多消耗液体助剂和PVC树，因此从吸油值上考虑应该尽可能选择吸油值低的重质碳酸钙

 10 流动性不同

从流动性上考虑，轻质碳酸钙的微观结构为纺锤形状，它的流动性不如重质碳酸钙好，一般加入量超过25份就严重影响流动性，而重质碳酸钙为颗粒状，可以促进流动性，加入量不受限，在PVC管材配方中如果碳酸钙添加超过25份，如果从流动性上考虑.好选用重质碳酸钙。

 11 价格不同

重质碳酸钙的加工主要是通过机械破碎、研磨的方法实现的；轻质碳酸钙的生产是通过化学反应沉淀后制取的，后者比前者的工艺复杂的多，要求也相应严格的多，因此同等粒径的重质碳酸钙要比轻质碳酸钙便宜30%左右，如果性能允许可选择重质碳酸钙更经济便宜。

 12 改性功能不同

重、轻碳酸钙两者改性效果区分有细微区别，重质碳酸钙对拉伸强度较好，而轻质碳酸钙对冲击强度和刚性较好，一般用轻钙的塑料表面更光滑一些，而且密度会低一些；使用重钙塑料加工流动性要好一些，而且粒径较小的重钙填充塑料性能也较好。

结论

正确区分好轻质碳酸钙和重质碳酸钙，在具体配方设计时根据需要性能选取具有重要的意义，这样就可以按需要选取材料，既可以满足性能又可以降低成本。