碳酸鈣不僅可以降低橡塑制品的原材料成本，而且還具有改善橡塑材料某些性能的作用，不同種類(lèi)的碳酸鈣在使用得當(dāng)時(shí)，可顯著提高橡塑材料的性能，但輕質(zhì)碳酸鈣（Light Calcium Carbonate）和重質(zhì)碳酸鈣（ground calcium carbonate）的區(qū)分一直困擾著多數(shù)用戶(hù)，那么這次我們就以最深入的方式去了解區(qū)分它們，并且如何在橡塑行業(yè)選擇它們。

一、重鈣和輕鈣實(shí)用性深入對(duì)比

1.1、來(lái)源方式不同

輕質(zhì)碳酸鈣是化學(xué)合成的碳酸鈣，又稱(chēng)沉淀碳酸鈣( Precipitated Calcium Carbonate，簡(jiǎn)稱(chēng)PCC)、膠體碳酸鈣或者活性碳酸鈣，甚至可以生產(chǎn)出納米碳酸鈣，簡(jiǎn)稱(chēng)輕鈣。它是將石灰石原料煅燒生成石灰和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳，其主要成分氫氧化鈣，通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉淀，經(jīng)脫水、干燥和粉碎制得，或者由碳酸納和氯化鈣進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，經(jīng)脫水、干燥和粉碎制得。重質(zhì)碳酸鈣簡(jiǎn)稱(chēng)重鈣，是用機(jī)械方法直接粉碎天然的方解石、大理石、白堊、貝殼等制得。

輕鈣生產(chǎn)流程

1.2、堆積密度不同

重鈣與輕鈣最明顯的區(qū)別就在于產(chǎn)品的堆積密度不同，重鈣產(chǎn)品的堆積密度較大，一般為0.8～1.3g/cm3；而輕鈣產(chǎn)品的堆積密度較小，多為0.5～0.7g/cm3；一些納米碳酸鈣產(chǎn)品的堆積密度甚至更低，可以達(dá)到0.28g/cm3左右。由產(chǎn)品的包裝體積也可以粗略分辨出重鈣和輕鈣產(chǎn)品，一般重鈣產(chǎn)品多為25kg/包，產(chǎn)品包裝體積較小，而同等質(zhì)量的輕鈣產(chǎn)品包裝體積明顯較大，一些納米碳酸鈣產(chǎn)品還采用15kg/包或20kg/包的包裝。

習(xí)慣上我們常用沉降體積來(lái)衡量碳酸鈣密度的大小，沉降體積是單位質(zhì)量的碳酸鈣在100ml水中振蕩并靜置3h后所具有的體積（ml），沉降體積越大說(shuō)明產(chǎn)品粒度越小、密度越輕、產(chǎn)品檔次越高。重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積為1.1～1.4ml/g，輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積為2.4～2.8ml/g，納米輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積為3.0～4.0ml/g，通過(guò)沉降體積的不同可以初步判斷輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣和納米碳酸鈣。

其實(shí)重鈣和輕鈣的復(fù)合制品的真實(shí)密度相差不大，一般重鈣真實(shí)密度為2.6-2.9 g/cm3，而輕鈣為2.4-2.6 g/cm3。也有人說(shuō)兩者真實(shí)密度一樣，只是堆積密度不同。究其原因是因?yàn)檩p鈣的顆粒形狀為紡錘形或者棗核形，占用體積比較大；而重鈣的外觀形狀為塊狀居多，占用體積比較小。

1.3、白度大小不同

由于重鈣產(chǎn)品相對(duì)雜質(zhì)較多，因此產(chǎn)品白度一般為89%～93%，極少數(shù)的產(chǎn)品能達(dá)到95%。而輕鈣產(chǎn)品因?yàn)榛瘜W(xué)合成制成，去除了很多雜質(zhì)，產(chǎn)品純凈度很高，因此白度多為92%～95%，部分產(chǎn)品可以達(dá)到96%～97%，這也是輕鈣產(chǎn)品多用于高檔或淺色制品填充的主要原因。

1.4、水分含量不同

重鈣產(chǎn)品水分一般為0.2%～0.3%，水分含量比較低同時(shí)也較為穩(wěn)定，一些高檔的重鈣產(chǎn)品水分甚至可以達(dá)到0.1%左右。普通輕鈣產(chǎn)品水分0.3%～0.8%，有時(shí)會(huì)有一定的波動(dòng)不太穩(wěn)定。傳統(tǒng)上重、輕鈣的區(qū)分就是用水份儀器測(cè)試水分，水分大到接近1%就是輕鈣，小到0.1%以下為重鈣。

1.5、粒徑大小不同

重鈣產(chǎn)品的粒徑為0.5～45um不等，產(chǎn)品粒徑因粉碎設(shè)備不同而不同。普通輕鈣產(chǎn)品的粒徑一般為0.5～15um，因顆粒形狀為紡錘形難以準(zhǔn)確測(cè)定，一般是一個(gè)范圍；輕鈣中的納米碳酸鈣粒徑更細(xì)，尺寸一般為20～200nm。普通輕質(zhì)碳酸鈣的粒度一般在2500目左右，可以滿(mǎn)足PVC管材和型材的性能需要，所以從粒度上考慮傳統(tǒng)上PVC管材和型材都選用輕質(zhì)碳酸鈣。以前因粉碎設(shè)備的限制，重質(zhì)碳酸鈣達(dá)不到這個(gè)細(xì)度，現(xiàn)在重質(zhì)碳酸鈣的粒度完全可以滿(mǎn)足需要，甚至比輕質(zhì)碳酸鈣更細(xì)，所以現(xiàn)在PVC管材和型材兩者都可以選用。

1.6、味道不同

輕鈣因石灰石煅燒后去除掉很多雜質(zhì)一般來(lái)說(shuō)白度較高，純度也較高，但國(guó)內(nèi)的輕鈣很多因?yàn)檠趸}反應(yīng)不完全，殘留有石灰味道，如果用于食品行業(yè)，如填充餅干則會(huì)有嗆人的味道，而重鈣沒(méi)有。另外，過(guò)多的氧化鈣會(huì)造成產(chǎn)品在水性體系偏堿性或者PH值不好調(diào)節(jié)，導(dǎo)致成品不穩(wěn)定。

此外，兩者的磷酸含量不同，輕鈣中有時(shí)為了調(diào)整PH值處于合理范圍需要加入少量磷酸，而重鈣則沒(méi)有。

1.7、顆粒形狀不同

用高倍顯微鏡看，普通輕鈣的顆粒較為規(guī)則，在充分分散開(kāi)來(lái)的情況下通常呈紡錘形，具體下圖所示。對(duì)于輕質(zhì)碳酸鈣，合成產(chǎn)品的顆粒形狀是可以人為控制的，可以在碳化過(guò)程中加入控制劑來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。

目前開(kāi)發(fā)的控制劑有無(wú)機(jī)酸、無(wú)機(jī)堿、有機(jī)酸（氨基酸）、醇類(lèi)、糖類(lèi)、蛋白質(zhì)和特殊結(jié)構(gòu)的生物聚合物，例如用雙親水嵌段聚合物PEG-b-PMAA在不同濃度和不同PH值下可以分別制成菱形、花生形、長(zhǎng)棒形、球形和啞鈴性等外觀的碳酸，再如用樹(shù)枝形聚合物聚天冬氨酸可以制成螺旋形狀碳酸，又如加入陰離子右旋糖苷可以獲得球形碳酸鈣。

重鈣產(chǎn)品由于采用機(jī)械粉碎和分級(jí)，顆粒形態(tài)一般多為立方體、 多棱體、長(zhǎng)方體等不規(guī)則形態(tài)，具體見(jiàn)圖1所示。對(duì)于不同的重鈣加工方法，碳酸鈣的微觀形狀不同，例如用擂蒙磨加工的碳酸鈣為紡錘形，用氣流磨加工的碳酸鈣為顆粒形。

對(duì)于重質(zhì)碳酸鈣不同產(chǎn)地碳酸鈣具有固定的晶形，破碎和細(xì)化不會(huì)改變晶型，一般方解石重鈣為六方晶型、大理石重鈣為立方晶型。對(duì)于輕質(zhì)碳酸鈣，在具體碳化制備過(guò)程中，三種晶型碳酸鈣以不同比例同時(shí)出現(xiàn)，要想得到單一純凈的某一晶型，就要控制成型過(guò)程。

輕質(zhì)碳酸鈣的三種晶型介紹如下：

（1）方解石晶型

碳酸鈣最穩(wěn)定的晶型，屬于六方晶系，通常條件下礦物碳酸鈣都以此種晶型存，具有此類(lèi)晶型的碳酸鈣遮蓋力大、白度高、純度好、耐熱、耐腐蝕、耐化學(xué)穩(wěn)定。

（2）文石晶型

常溫下是碳酸鈣亞穩(wěn)定晶型，屬于斜方晶系，具有此類(lèi)晶型的碳酸鈣長(zhǎng)徑比高，常用于聚合物的補(bǔ)強(qiáng)復(fù)合材料。

（3）球霰石晶型

碳酸鈣最不穩(wěn)定的晶型，只有在有機(jī)質(zhì)材料中會(huì)有少量存在，并在短時(shí)間內(nèi)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為方解石晶型或文石晶，具有此類(lèi)晶型的碳酸鈣對(duì)生物的生命和健康起著非常重要的作，研究發(fā)現(xiàn)樹(shù)枝狀聚合物電介質(zhì)和某些低分子量聚合物電介質(zhì)可以促進(jìn)穩(wěn)定的球霰石晶型生成。

1.8、吸油值不同

輕質(zhì)碳酸鈣的吸油值為60-90 ml/100mg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重質(zhì)碳酸鈣的40-60 ml/100mg，因此吸收液體性和吸收樹(shù)脂性能很，如果配方含有液體助劑，應(yīng)該選用吸油質(zhì)小的重質(zhì)碳酸，吸油值大的無(wú)機(jī)粉體，會(huì)導(dǎo)致需要處理的偶聯(lián)劑量增，例如碳酸鈣的吸油值由40增大到50ml/100mg，會(huì)導(dǎo)致偶聯(lián)劑用量增加30%，在PVC配方中如果選擇輕質(zhì)碳酸鈣，就要多消耗液體助劑和PVC樹(shù)脂，因此從吸油值上考慮應(yīng)該盡可能選擇吸油值低的重質(zhì)碳酸鈣。

1.9、流動(dòng)性不同

從流動(dòng)性上考慮，輕質(zhì)碳酸鈣的微觀結(jié)構(gòu)為紡錘形狀，加上其自身吸油值比較大，可以將配方中促進(jìn)流動(dòng)的組分如潤(rùn)滑劑、增塑劑、偶聯(lián)劑、分散劑等吸收，所以它的流動(dòng)性不如重質(zhì)碳酸鈣好，一般加入量超過(guò)25份就嚴(yán)重影響流動(dòng)性，而重質(zhì)碳酸鈣為顆粒狀可以促進(jìn)流動(dòng)性，加入量不受限，在PVC管材配方中如果碳酸鈣添加需要超過(guò)25份，從流動(dòng)性上考慮最好選用重質(zhì)碳酸鈣。

韌性哥注：有的時(shí)候，為了性能技術(shù)人員會(huì)偏向于用輕鈣，但最終因?yàn)樵O(shè)備分散的原因，可能會(huì)導(dǎo)致最終使用輕鈣的橡塑材料性能反而會(huì)下降，并且在需要比較高的流動(dòng)性時(shí)候，不能滿(mǎn)足要求。

1.10、價(jià)格不同

重質(zhì)碳酸鈣的加工主要是通過(guò)機(jī)械破碎、研磨的方法實(shí)現(xiàn)的；輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)沉淀后制取的，后者比前者的工藝復(fù)雜的多，要求也相應(yīng)嚴(yán)格的多，因此同等粒徑的重質(zhì)碳酸鈣要比輕質(zhì)碳酸鈣便宜30%左右，如果性能允許可選擇重質(zhì)碳酸鈣更經(jīng)濟(jì)便宜。

1.11、改性功能不同

重、輕碳酸鈣兩者改性效果區(qū)分有細(xì)微區(qū)別，重質(zhì)碳酸鈣對(duì)拉伸強(qiáng)度較好，而輕質(zhì)碳酸鈣對(duì)沖擊強(qiáng)度和剛性較好，一般用輕鈣的塑料表面更光滑一些，而且密度會(huì)低一些；使用重鈣塑料加工流動(dòng)性要好一些，而且粒徑較小的重鈣填充塑料性能也較好。

1.12、色光可控度不同

色相為顏色的主色調(diào)，而色光為顏色的余光。不同的碳酸鈣具有不同的色光，具體有白色、紅色、青色、黃色之分，究其原因?yàn)槠渚偷牟煌?，不同晶型的粉體具有不同的色相，碳酸鈣具有三種不同的晶型，因此也就具有不同的色相。

對(duì)于重質(zhì)碳酸鈣而言不同產(chǎn)地碳酸鈣所發(fā)出的底色不同，破碎和細(xì)化也不會(huì)改變。如四川碳酸鈣底色發(fā)藍(lán)色，廣西碳酸鈣底色發(fā)紅色、江西碳酸鈣底色發(fā)青色等等。而對(duì)于輕質(zhì)碳酸鈣，因?yàn)樗鼮榛瘜W(xué)合成法人工制成，在合成的過(guò)程中可以控制其產(chǎn)生晶型的種類(lèi)，所有就可以控制其色光的類(lèi)型。

在具體配色時(shí)，碳酸鈣的色光要與主著色劑色相一致，例如帶藍(lán)色色光的碳酸鈣會(huì)消除黃色顏料的著色力。也經(jīng)常利用帶藍(lán)色色光的碳酸鈣，去消除在黃色色光的制品輕質(zhì)碳酸鈣帶有藍(lán)色色光，我們一般常用它加入PVC制品中消除其自身帶有的黃色色光。這也是以前PVC很喜歡選擇添加輕質(zhì)碳酸鈣而不選擇重質(zhì)碳酸鈣的其中一個(gè)原因。

1.13、PH值大小不同

輕質(zhì)碳酸鈣的PH值為9-10，而重質(zhì)碳酸鈣的PH值為8-9，也就是說(shuō)輕質(zhì)碳酸鈣的堿性比重質(zhì)碳酸鈣更強(qiáng)一些，在碳酸鈣復(fù)合制品燃燒過(guò)程中，更加容易吸收酸性分解氣體。因此，碳酸鈣復(fù)合制品焚燒低毒氣的原因?yàn)樘妓徕}本身呈現(xiàn)堿性，可以吸收燃燒產(chǎn)生的HCl、H2S等酸性氣體，消除酸性能物質(zhì)遇氯元素產(chǎn)生二噁英的隱患。

只有填充了無(wú)機(jī)物碳酸鈣（CaCO3）在焚燒時(shí)才可降低發(fā)熱量，焚燒時(shí)化為粉末不滴油、不冒黑煙，無(wú)二次公害產(chǎn)生，且不損傷焚化爐，符合環(huán)保產(chǎn)品的國(guó)際趨勢(shì)。

所以，從焚燒碳酸鈣復(fù)合制品低釋放毒氣上考慮，首選輕質(zhì)碳酸鈣具有更加環(huán)保的社會(huì)意義。

結(jié)論：正確區(qū)分好輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣，在具體配方設(shè)計(jì)時(shí)選取適合自己的碳酸鈣具有重要的意義，這樣就可以按需要選取材料，既可以滿(mǎn)足性能又可以降低成本。