PVC专用轻质碳酸钙质量控制方法探讨

硬质聚氯乙烯制品加工过程中对轻质碳酸钙的需求量非常大，不论是PVC～U异型材还是PVC~U管材、管件，轻质碳酸钙都是必不可少的填充剂。加入轻质碳酸钙可以增加体积，降低成本，同时还可以提高硬质PVC制品的尺寸稳定性、硬度和刚性，改善塑料的加工性能。但是，市场上良莠不齐的轻质碳酸钙对制品性能有不利影响，如产品刚性差、白色制品外观颜色偏灰偏青等问题。因此，选择高品质的轻质碳酸钙对PVC~U制品生产厂家是至关重要的。

对于轻质碳酸钙标准中提出的技术指标，由于检测项目较多、检测方法比较复杂、麻烦，即使是轻质碳酸钙的生产企业，有的也只能作部分指标检测，同时多数轻质碳酸钙的使用企业也没有配备足够的检测条件或开展全部检测项目来监控轻质碳酸钙的质量。因此，从硬质PVC制品生产企业实际情况出发，寻找一种比较方便实用的方法来评价轻质碳酸钙质量，对于硬质PVC制品的质量控制十分重要。本研究提出通过检测沉降体积、色相、表观密度指标来评价轻质碳酸钙质量，为轻质碳酸钙的选用和检测提供可靠的参考依据。

1.轻质碳酸钙的检测方法

1.1沉降体积的检测

沉降体积测试的原理是依据不同粒径、不同密度的颗粒在液体中的沉降速度不同，其基本过程是把样品放到某种液体中制成一定浓度的悬浮液，悬浮液中的颗粒在重力或离心力作用下发生沉降，颗粒大的、密度大的沉降速度较快，沉降体积小；颗粒小、密度小的沉降速度较慢，沉降体积大。硬质PVC产品加工中常用的碳酸钙有轻质碳酸钙和重质碳酸钙，轻质碳酸钙是通过化学方法生产的，密度2.4-2.7g/cm³；重质碳酸钙是通过对碳酸钙矿石粉碎和研磨等物理机械方法生产的，密度2.7-2.95g/cm³。在塑料成型加工过程中重质碳酸钙对加工机械设备的磨损较轻质碳酸钙严重，尤其是对挤出机机筒、螺杆磨损很大。通过测定碳酸钙的沉降体积可以简单判定其为轻质碳酸钙或重质碳酸钙，也间接表征了碳酸钙的颗粒形态、粒径分布。选取6个厂家生产的碳酸钙进行沉降体积试验，结果见表1。

从表1中可以看出，厂家4、厂家5的碳酸钙的沉降体积最低分别为1.9mg/L、2.1mg/L，而HG/T2226-2000<<工业沉淀碳酸钙>>中对合格品的要求是：沉降体积≥2.4mg/L，由此可以说明，厂家4、厂家5的碳酸钙可能为重钙或部分掺有重钙；厂家1、2、3的碳酸钙的沉降体积都满足HG/T2226-2000中合格品的要求；而厂家6的碳酸钙的沉降体积最高为3.9mg/L，远远超过了HG/T2226-2000中优等品>2.8mg/L的要求。轻质碳酸钙的沉降体积高，说明其颗粒较小、粒子聚集松散、间隙大，这种碳酸钙与PVC共混时分散较快。

1.2碳酸钙色相的检测

在硬质PVC制品加工过程中，除碳酸钙粉体的白度外，碳酸钙的色相也是一个关键问题，尤其是对一些添加碳酸钙较多的白色制品配方体系，碳酸钙的色相直接影响到产品颜色及色差，造成塑料制品颜色不鲜艳、光泽度差，如白色PVC-U管材、异型材的生产中，生产厂家过程控制中应保证产品外观颜色色泽均匀，白色制品应控制产品外观不允许有明显的偏青、偏灰、偏红等现象。有的PVC-U白色制品生产厂家为了使产品白度提高，常常添加荧光增白剂，以达到增白白度的效果。但是，由于荧光增白剂中往往含有双键，容易引发树脂中形成不稳定分子链结构，在高温、高剪切下易发生分解反应，如果荧光增白剂的品种选择不当或添加份数过量，不但使PVC产品老化加快分解发黄，使产品老化性能下降，还会出现PVC加工过程中的不易分散或凝聚结团现象。轻质碳酸钙的色相有：红相、黄相、青相、灰相、红黄相等，轻质碳酸钙。的色相与粉体白度都与轻质碳酸钙的生产工艺及控制过程有关系，一般与轻质碳酸钙粉体的颗粒大小、粒径分布无关。

碳酸钙色相的检测是将PVC、碳酸钙、复合稳定剂按照100：25：4.0的比例进行热混合后制成干混合料，通过转矩流变仪对干混合料进行捏合，物料塑化出现塑化峰后停止试验，观察PVC混合物塑化料的外观颜色，是否有明显的偏青、偏灰或偏红等现象。表2为5个厂家的轻质碳酸钙的粉体白度和添加25份时的色相，其中厂家2、4的碳酸钙粉体白度最高，但其色相为明显的灰色，而厂家1、3、5的粉体白度比厂家2、厂家4的低，但其色相较好，说明碳酸钙粉体的白度与碳酸钙的底色并没有直接关系。

HG/T2226-2000<<工业沉淀碳酸钙>>中对优等品的白度要求为≥90.0度，而依据此要求并不能真正满足白色PVC-U制品生产企业的要求，如表2中可见：5个厂家轻质碳酸钙的粉体白度都满足HG/T2226-2000中优等品的要求，但厂家2、4、5的碳酸钙色相都不合格。碳酸钙色相的颜色偏青、偏灰或偏红等都会直接影响白色PVC硬制品的外观相应地偏青、偏灰或偏红。所以，生产企业应监控轻质碳酸钙的色相。

1.3表观密度的检测

粉体表观密度是指未压缩下单位粉体体积的质量。轻质碳酸钙粉体属于多孑L性颗粒聚集体，其表观密度反映了颗粒聚集状态和孔隙状态。碳酸钙的加工性能往往与碳酸钙的颗粒特性有一定关系，而与碳酸钙颗粒特性直接有关的粒度分布、孔隙率、孔径和孔径分布、比表面积、密度分布、颗粒形态等数据，对轻质碳酸钙的使用企业检测有一定的困难，但与碳酸钙颗粒间接特性有关的表观密度，其检测依据聚氯乙烯树脂的表观密度检测方法，其检测设备简单、容易操作，PVC硬制品生产企业可以比较容易检测。

表3为6个厂家的非活性碳酸钙的表观密度值，其中厂家5、6的碳酸钙为重钙。从表3中看出：厂家5、6生产的重钙的表观密度最高，远远高于其他几个厂家；厂家1、2、3的轻质碳酸钙的表观密度相对比较接近，其中厂家1的表观密度最小，接近于纳米级碳酸钙的表观密度0.28g/cm³，说明其颗粒尺寸较小，比较均匀；而厂家4的碳酸钙的表观密度明显比厂家1、2、3的轻质碳酸钙的表观密度大，说明其碳酸钙体积相对较小，有可能掺有一定数量的重质碳酸钙大粒子。

对于PVC硬制品生产加工来说，碳酸钙加入到PVC中增容、降价，应保证碳酸钙的表观密度在一定的范围内，可以减少颗粒聚集孔隙率，吸收助剂的能力强，加工性能好，对提高PVC硬制品的质量有好处。因此，PVC硬制品生产企业应该从材料的加工性能、生产工艺与设备等方面考虑，确定适合企业的轻质碳酸钙表观密度指标控制范围。

2.结论

通过对轻质碳酸钙的性能指标检测研究可以看出：碳酸钙的沉降体积、色相和表观密度可以简单鉴别轻质碳酸钙与重质碳酸钙，影响各种助剂与其分散的程度及效果，影响到PVC硬质品的加工性能和外观颜色。

轻质碳酸钙的化工行业标准HG/T2226-2000中的碳酸钙含量、盐酸不溶物、筛余物、白度、水溶物、铁含量等检测项目相对较多，对PVC硬制品的生产企业来讲，不易直接方便应用。而轻质碳酸钙，的沉降体积、色相、表观密度等检测项目容易操作、方便实用，PVC硬制品生产企业应针对生产加工情况重点监控，同时应将不同生产厂家生产的轻质碳酸钙，的沉降体积、表观密度、色相指标分别存档，作为监控轻质碳酸钙质量的参考依据。