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加轻钙?加重钙?塑料:轻钙重钙各来一盖儿!

塑料改性技术中将非金属矿物填料做为填充剂和改性剂使用,不仅可以显著降低塑料制品的原材料成本,而且可以有效地改善塑料材料的性能。其中碳酸钙(包括重钙和轻钙)是我们最熟悉的一种,其用量大、价格低,加之改性技术那点石成金般的神奇之力让碳酸钙备受青睐。


不过,在塑料工业中添加碳酸钙也有一个必须面临的选择,我是用重钙呢还是用轻钙呢?当然,也有较为被认可的观点,有时候使用轻钙,有时候使用重钙,具体情况根据不同产品调节。观点当然是对的。不过,有没有第三种选择呢?


一、选重钙还是选轻钙


之所以有用轻钙还是用重钙的选择,甚至于那第三种选择,其目的当然还是降本增效。至于区分重钙轻钙一般有两种方法,一种用沉降体积(以无水乙醇为沉降介质)来区分重钙还是轻钙,即沉降体积在2.5mL/g以上的为轻钙,1.2~1.9mL/g的为重质碳酸钙。另一种,按生产过程不同加以区别,重钙是将矿石机械粉碎和分选而成的;轻钙是由矿石经煅烧、消化和重新碳酸化而成的,重钙可以看作是物理变化过程的产物,轻钙则是化学反应过程的产物。


从学术角度讲,重钙和轻钙存在着许多不同点,晶形不同、比表面积不同、吸油值不同等等。在塑料产品中用重钙好还是轻钙好,不能一概而论。应当充分发挥各自优势,结合技术和经济两方面的因素进行取舍。


二、复配碳酸钙在塑料行业中的新应用


何为复配碳酸钙产品?其实是指以重质碳酸钙为主体(>50%),配以一定比例的轻质碳酸钙粉体,灵活运用复配改性技术,使轻、重钙混合,进行联合改性的产物。它的优点在于能很好的平衡轻、重钙差异,兼具其优势,在降低各项成本的同时,大幅拓宽产品的应用范围。


举例,有人思考过重钙代替轻钙必然面临着这样几个问题:


1、用什么样粒径范围的重钙来代替正在使用的轻钙?


2、等量代替后,异型材的材料性能能否不发生明显改变?产品外观有无影响?


3、等量代替后,加工设备和机头模具以及工艺条件要不要相应调整?


4、等量代替后,由于重钙加工性能好,是否能降低物料流动阻力(体现在螺杆转矩变化上),从而节约能耗或提高转速增加生产速率?


5、从得与失两方面比较,是否合算?


制备出多样化的复配活性碳酸钙不仅可以解决对于轻钙重钙的使用选择问题,还可以极大的拓宽碳酸钙的使用范围。从另一个角度讲,无论是降本还是增效都大有可为,甚至还能在一些异型材的加工中发挥巨大作用。


三、复配活性碳酸钙生产工艺


1、重钙干法生产工艺,复配活性碳酸钙可采用如下两种工艺:


(1):将一定粒度、比例的重钙、轻钙混合研磨→改性→分级;


(2):采用重钙、轻钙分别研磨→分级→改性。


优势:工艺简单,设备投资小,出料后可以直接包装,特别适用于偶联剂对碳酸钙的改性处理工艺。


2、重钙湿法生成工艺,复配活性碳酸钙可采用如下工艺:


重钙、轻钙调整至一定浓度的浆料湿法混磨→改性→浆料产品→干燥→干粉产品。


优势:湿法活化是在液相状态下处理碳酸钙颗粒,可以均匀地对碳酸钙进行包覆,表面活性剂可以通过位阻效应和双电层效应充分地分散于碳酸钙颗粒表面,使颗粒间的距离增大,在脱水和干燥过程中减轻颗粒的二次凝聚,干燥得到的产品粒度细,堆积密度较小,流动性和分散性均较好。


04、复配活性碳酸钙表面改性方法


方法与单一重钙或轻钙的改性是类似的,只是更为复杂。主要的方法有:表面活性剂改性、偶联剂改性、反应性单体及活性大分子改性、原位聚合法改性等。


1、表面活性剂改性法


用于改性碳酸钙的表面活性剂种类多,生产能力大,价格低廉,主要可分为脂肪酸(盐)类以及钛酸酯类等两大类。


2、偶联剂改性法


偶联剂分子的一端为极性基团,可以和碳酸钙表面的羟基进行化学反应,形成稳定的化学键;另一端的非极性基团,则包覆在碳酸钙颗粒表面,使其表面亲油化,可降低颗粒表面自由能,提高与树脂相混性,且赋予复合材料较好的物理、机械性能。


3、聚合物改性法(两类)


聚合物可定向地吸附在碳酸钙的表面,使碳酸钙具有电荷特性,并在其表面形成物理和化学吸附层,阴止碳酸钙粒子团聚结块,改善分散性。

一类:先把聚合单体吸附在碳酸钙表面,然后引发其聚合,从而在其表面形成极薄的聚合物膜层。

另一类:将聚合物溶解在适当溶剂中再加入碳酸钙,当聚合物逐渐吸附在碳酸钙表面时排除溶剂形成包膜。

小结:碳酸钙作为填料和改性剂运用的范围越来越广泛,但就复配活性碳酸在塑料工业运用中依旧会出现一些小问题。例如,粉体的有效分散、制品表面光泽度、制品加工过程中的挤出性能以及色泽的稳定性等方面。解决这些问题一方面需要技术的发展,另一方面则可以通过复配活性碳酸钙的标准化生产来避免或减少。

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