塑料薄膜多由聚氯乙烯、聚乙烯（PE）、聚丙烯等树脂制成，凭借柔软性、延展性及优良的加工与印刷性能，已广泛应用于食品、医药、化工等领域。然而，树脂生产成本高且对环境影响较大，因此行业常通过添加填料降低成本。但普通填料易影响薄膜透明性，制约其应用范围。纳米碳酸钙作为新型填料，具有粒子尺寸小、比表面积大、比重小、制造成本低等优势，不仅能增强塑料薄膜强度，还为解决普通填料的缺陷提供了可能。本研究通过系统试验，探究晶型控制剂、硫酸钡用量、表面改性剂配方等因素对纳米碳酸钙性能的影响，并将其应用于PE薄膜制备，旨在为开发比重小、分散性好、吸油值低的纳米碳酸钙提供技术思路。

一、关键制备因素对PE薄膜性能的影响

为优化纳米碳酸钙性能及PE薄膜应用效果，本研究重点考察晶形控制剂、包覆硫酸钡及表面处理配方三大核心因素的影响，通过控制单一变量法确定最优参数。

（一）晶形控制剂（山梨糖醇）用量的影响

在纳米碳酸钙制备过程中，分别添加占其干基含量0%、0.3%、0.6%、1.2%、2%的山梨糖醇作为晶形控制剂，探究其对纳米碳酸钙及PE薄膜性能的作用。试验结果表明：空白样（未添加山梨糖醇）的纳米碳酸钙比表面积小，导致PE薄膜透明性较差；随着山梨糖醇用量增加，纳米碳酸钙粒子尺寸减小、比表面积增大，利于光线绕射，使薄膜透明率显著提升；但当比表面积达到临界值后，粒子吸油值随之增加，不仅增大加工阻力，还因粒子间作用力增强导致分散性下降。综合性能与加工需求，确定山梨糖醇的最优用量为纳米碳酸钙干基含量的0.6%。

（二）包覆硫酸钡用量的影响

采用占纳米碳酸钙干基0%、5%、10%、15%的硫酸钡对其进行包覆处理，分析包覆量对薄膜性能的影响。纳米碳酸钙本身呈立方体形态，硫酸钡包覆的核心作用是在其表面形成海绵状沉积层，通过增加空隙率改善分散性，进而提升光线透光率与薄膜透明性。试验数据显示：随硫酸钡用量增加，纳米碳酸钙的分散性与薄膜透光率同步提升；当硫酸钡用量达到10%后，透光率提升幅度趋于平缓。结合成本控制原则，确定硫酸钡的最优包覆量为纳米碳酸钙干基含量的10%。

（三）表面处理配方的影响

选取5%~6%的不同表面处理剂组合进行试验，对比其对纳米碳酸钙及PE薄膜性能的优化效果，具体配方及作用如下：

• 试验1（硬脂酸皂）：硬脂酸皂中亲水的COO⁻基可与纳米碳酸钙表面的Ca²⁺结合形成硬脂酸钙包覆层，有效提升粒子分散性并降低吸油值。

• 试验2（硬脂酸皂+磷酸酯）：磷酸酯作为含烷氧基的偶联剂，以磷为中心连接多个亲油长碳链，在硬脂酸皂溶液中均匀分散后共同包覆于粒子表面，相比单一硬脂酸皂，可进一步降低吸油值，提升分散性与光透过率。

• 试验3（硬脂酸皂+柠檬酸三丁酯）：柠檬酸三丁酯是与PE母粒相容性好、增塑效率高、耐候性强的增塑剂，溶解于硬脂酸皂后吸附在纳米碳酸钙表面，能强化粒子与PE基体的相容性，改善分散性与透光效果。

• 试验4（硬脂酸皂+磷酸酯+柠檬酸三丁酯）：该复合配方实现性能协同——硬脂酸皂保障基础分散性，磷酸酯发挥增强作用，柠檬酸三丁酯提升相容性，最终使纳米碳酸钙呈现最低的吸油值、最优的分散性及最高的可见光透过率，为最优表面处理配方。

二、制备纳米碳酸钙的核心性能指标

将本试验制备的纳米碳酸钙与GB/T 19590－2011《橡胶塑料用纳米碳酸钙》标准进行对比，结果显示其各项指标均达到I型标准，性能达标。通过微观表征与粒径分析可知：扫描电镜显示粒子平均粒径为40nm；激光粒径仪测试数据为D50=0.43μm、D97=6.6μm，表明粒子分散性良好，无明显团聚现象，符合PE薄膜填充需求。

三、与纳米硫酸钡的性能及应用对比

采用最优配方（0.6%山梨糖醇+10%硫酸钡+复合表面处理剂）制备纳米碳酸钙（样品A），与纳米硫酸钡（样品B）按相同份数进行混料、造粒及吹膜，对比两者制备的PE薄膜性能及母粒成本优势，具体结果如下：

从性能上看，样品A制备的PE薄膜在分散性、透光率等关键指标上均达到样品B的水平，满足薄膜使用要求；从成本与应用效率上看，样品A母粒比重仅为2.15g/cm³，较样品B母粒降低50%以上——这意味着相同重量的母粒，样品A可制备更大面积的薄膜，显著降低母粒生产及后续薄膜加工成本，具备极强的市场竞争力。

四、结论

本研究通过优化纳米碳酸钙制备工艺及PE薄膜应用参数，得出以下核心结论：

1. 确定纳米碳酸钙最优制备参数：晶形控制剂山梨糖醇用量为其干基的0.6%，无机包覆剂硫酸钡用量为其干基的10%，有机表面处理剂采用4%硬脂酸皂+1%磷酸酯偶联剂+1%柠檬酸酯的复合配方。

2. 最优工艺制备的纳米碳酸钙性能优异：比表面积30.6m²/g，吸油值19.2g DOP/100g，平均粒径40nm（电镜测试），D50=0.43μm、D97=6.6μm（激光粒径仪测试）。

3. 应用价值突出：以此纳米碳酸钙制备的PE薄膜分散性良好，透光率达88.9%；较纳米硫酸钡母粒比重降低50%以上，可大幅降低生产成本，市场前景广阔。

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