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碳酸鈣資訊
高檔塑料用碳酸鈣的三大要求
2022-01-17
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返回列表 碳酸鈣是塑料中使用的粉體材料中最重要的一類，塑料作為一種新型合成材料，已廣泛應用在各行各業(yè)和人民生活中，塑料改性加工行業(yè)和碳酸鈣行業(yè)結合起來，促進了塑料改性的發(fā)展，在塑料行業(yè)的技術創(chuàng)新中起到了積極作用。由于碳酸鈣廣泛應用于塑料中，給大家詳細的解析一下關于高檔塑料使用的碳酸鈣的三個基本要求。
一、化學穩(wěn)定性好
碳酸鈣不能和樹脂及各種助劑發(fā)生有害反應，也就是說，用于塑料中的碳酸鈣及其表面的有機處理劑不能參與各種化學反應。碳酸鈣經過高溫煅燒后，化學穩(wěn)定性很好，基本不會同塑料體系中的各種組份進行化學反應，但是其表面的有機改性劑卻有可能參與化學反應。比如，經硬脂酸及其衍生物等酸性物質進行表面改性的碳酸鈣，由于碳酸鈣中鐵與硬脂酸發(fā)生反應，會影響鈣粉的色澤，易發(fā)黃，在塑料的高溫加工過程中表現得尤其明顯。
二、耐溫性好
由于塑料制品成型加工都是在高溫環(huán)境下(一般大于180℃)進行，所以要求碳酸鈣應該在加熱成型的溫度條件下不分解變色。碳酸鈣的熱分解溫度在800℃以上，而塑料加工溫度不會超過350℃，所以碳酸鈣自身不會發(fā)生熱分解。但是傳統的有機改性劑(如硬脂酸、鈦酸酯、硅烷偶聯劑)由于其本身不耐高溫，高溫環(huán)境下容易發(fā)生黃變和分解，導致VOC增加，很多碳酸鈣生產廠家在實際應用中都遇到了“黃變”問題。因此傳統的有機改性劑不適合用于高檔塑料制品的碳酸鈣有機改性。
三、加工性優(yōu)
加工性主要包括以下幾個指標：分散性好、疏水性佳、吸油量低。
1.分散性好
對于填充塑料來說，碳酸鈣顆粒在塑料基體中均勻分散是必要前提，即碳酸鈣以單個顆粒的形式像海島一樣分散在基體塑料的汪洋大海中才能達到補強的功效。所用的填料粒徑越小，同樣填充比例時，其填充塑料材料的力學性能就越好。碳酸鈣分散性主要受分子間作用力，極性吸附，顆粒細度等因素影響。
用于塑料加工的碳酸鈣，碳酸鈣的粒徑一般為1～10微米左右。這種細小顆粒具有極大的比表面積和吉布斯自由能，處于熱力學不穩(wěn)定的狀態(tài)。當碳酸鈣加入到樹脂體系中時，由于臨近粒子間的極性吸附和范德華力的作用，粒子有相互靠近、降低總比表面積和表面自由能的趨勢，從而使碳酸鈣顆粒很難從團聚體向高度分散體轉化。對于未進行表面有機改性處理的碳酸鈣，在與樹脂一起混煉時，碳酸鈣很難分散，即使在高溫高速捏合時也很難將其均勻分散。為了提高碳酸鈣的分散均勻性和穩(wěn)定性，必須消除或削弱其表面極性和降低其表面自由能。
2.吸油量低
吸油量越低，潤濕等量碳酸鈣所需的樹脂或塑化劑就越少。對于大多數塑料制品，如軟質聚氯乙烯、人造革、電纜料等，需使用增塑劑來幫助樹脂體系的混合物塑化，碳酸鈣吸油值越高，越易將增塑劑吸附到填料中，使其失去增塑樹脂的作用。要使樹脂體系混合物達到一定的柔軟度就需加大增塑劑用量，造成成本上升。通過對碳酸鈣表面改性處理，將碳酸鈣顆粒表面進行有機包覆，就可以大幅度降低其吸油值。
3.疏水性佳
碳酸鈣屬于非常易吸潮的物質，一旦儲存過程或加工過程中吸潮，就會出現以下問題：
(1)碳酸鈣結塊、干粉流動性變差容易堵塞篩孔，導致添加困難；
(2)塑料制品高溫成型時，由于水汽受熱析出，導致制品出現“鼓包”或“冒孔”等缺陷，嚴重影響塑料制品的外觀和物理強度。
4.遷移性小
由于塑料制品成型加工過程中存在很大的溫度變化，室溫(原料)一高溫(加工過程)一室溫(冷卻成型)。碳酸鈣必須保證不發(fā)生遷移，否則會造成塑料制品表面色澤不均或失光。碳酸鈣的遷移主要是由于它與樹脂的潤濕相容性不好，在溫度降低，塑料制品收縮時，樹脂與碳酸鈣的移動速度不一致所造成的。
要降低遷移性，就要提高碳酸鈣與樹脂的相容性。根據相似相容原理，碳酸鈣表面的有機改性劑最好具有與應用樹脂相同或相似的官能團。對于最常用的聚烯烴型塑料，選用含有長鏈烷烴的有機改性劑會比較適合。
一、化學穩(wěn)定性好
碳酸鈣不能和樹脂及各種助劑發(fā)生有害反應，也就是說，用于塑料中的碳酸鈣及其表面的有機處理劑不能參與各種化學反應。碳酸鈣經過高溫煅燒后，化學穩(wěn)定性很好，基本不會同塑料體系中的各種組份進行化學反應，但是其表面的有機改性劑卻有可能參與化學反應。比如，經硬脂酸及其衍生物等酸性物質進行表面改性的碳酸鈣，由于碳酸鈣中鐵與硬脂酸發(fā)生反應，會影響鈣粉的色澤，易發(fā)黃，在塑料的高溫加工過程中表現得尤其明顯。
二、耐溫性好
由于塑料制品成型加工都是在高溫環(huán)境下(一般大于180℃)進行，所以要求碳酸鈣應該在加熱成型的溫度條件下不分解變色。碳酸鈣的熱分解溫度在800℃以上，而塑料加工溫度不會超過350℃，所以碳酸鈣自身不會發(fā)生熱分解。但是傳統的有機改性劑(如硬脂酸、鈦酸酯、硅烷偶聯劑)由于其本身不耐高溫，高溫環(huán)境下容易發(fā)生黃變和分解，導致VOC增加，很多碳酸鈣生產廠家在實際應用中都遇到了“黃變”問題。因此傳統的有機改性劑不適合用于高檔塑料制品的碳酸鈣有機改性。
三、加工性優(yōu)
加工性主要包括以下幾個指標：分散性好、疏水性佳、吸油量低。
1.分散性好
對于填充塑料來說，碳酸鈣顆粒在塑料基體中均勻分散是必要前提，即碳酸鈣以單個顆粒的形式像海島一樣分散在基體塑料的汪洋大海中才能達到補強的功效。所用的填料粒徑越小，同樣填充比例時，其填充塑料材料的力學性能就越好。碳酸鈣分散性主要受分子間作用力，極性吸附，顆粒細度等因素影響。
用于塑料加工的碳酸鈣，碳酸鈣的粒徑一般為1～10微米左右。這種細小顆粒具有極大的比表面積和吉布斯自由能，處于熱力學不穩(wěn)定的狀態(tài)。當碳酸鈣加入到樹脂體系中時，由于臨近粒子間的極性吸附和范德華力的作用，粒子有相互靠近、降低總比表面積和表面自由能的趨勢，從而使碳酸鈣顆粒很難從團聚體向高度分散體轉化。對于未進行表面有機改性處理的碳酸鈣，在與樹脂一起混煉時，碳酸鈣很難分散，即使在高溫高速捏合時也很難將其均勻分散。為了提高碳酸鈣的分散均勻性和穩(wěn)定性，必須消除或削弱其表面極性和降低其表面自由能。
2.吸油量低
吸油量越低，潤濕等量碳酸鈣所需的樹脂或塑化劑就越少。對于大多數塑料制品，如軟質聚氯乙烯、人造革、電纜料等，需使用增塑劑來幫助樹脂體系的混合物塑化，碳酸鈣吸油值越高，越易將增塑劑吸附到填料中，使其失去增塑樹脂的作用。要使樹脂體系混合物達到一定的柔軟度就需加大增塑劑用量，造成成本上升。通過對碳酸鈣表面改性處理，將碳酸鈣顆粒表面進行有機包覆，就可以大幅度降低其吸油值。
3.疏水性佳
碳酸鈣屬于非常易吸潮的物質，一旦儲存過程或加工過程中吸潮，就會出現以下問題：
(1)碳酸鈣結塊、干粉流動性變差容易堵塞篩孔，導致添加困難；
(2)塑料制品高溫成型時，由于水汽受熱析出，導致制品出現“鼓包”或“冒孔”等缺陷，嚴重影響塑料制品的外觀和物理強度。
4.遷移性小
由于塑料制品成型加工過程中存在很大的溫度變化，室溫(原料)一高溫(加工過程)一室溫(冷卻成型)。碳酸鈣必須保證不發(fā)生遷移，否則會造成塑料制品表面色澤不均或失光。碳酸鈣的遷移主要是由于它與樹脂的潤濕相容性不好，在溫度降低，塑料制品收縮時，樹脂與碳酸鈣的移動速度不一致所造成的。
要降低遷移性，就要提高碳酸鈣與樹脂的相容性。根據相似相容原理，碳酸鈣表面的有機改性劑最好具有與應用樹脂相同或相似的官能團。對于最常用的聚烯烴型塑料，選用含有長鏈烷烴的有機改性劑會比較適合。
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