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碳酸鈣對改性的正面作用

作者:admin 發(fā)布日期:2021/11/18 關(guān)注次數: 二維碼分享
傳統的觀(guān)念一直認為碳酸鈣的作用為:降低制品的成本,提高復合材料的密度。降低制品成本是碳酸鈣的最大優(yōu)勢,因為碳酸鈣的價(jià)格是所有填料中價(jià)格最低的品種。例如,添加30%碳酸鈣的吹塑聚乙烯薄膜,成本可以比純新料可以降低20%。提高復合制品密度是因為碳酸鈣的密度為2.7 g/m3,遠遠大于樹(shù)脂的密度,從而導致復合材料的性能快速提升。而降低復合材料性能,是因為碳酸鈣與樹(shù)脂的相容性不好,難以形成良好的結合界面。

近年來(lái),隨著(zhù)碳酸鈣加工技術(shù)的突飛猛進(jìn),隨著(zhù)碳酸鈣表面處理技術(shù)的飛躍發(fā)展,碳酸鈣在降低制品成本的同時(shí),也可改善制品的很多性能,而且有一些性能是獨一無(wú)二的。下面給大家具體介紹碳酸鈣對改性的正面作用。

一、碳酸鈣的環(huán)保功效

1、節省石油資源
以PE中填充碳酸鈣含量30%計算,每年塑料包裝袋的產(chǎn)量300萬(wàn)噸,可以節省90萬(wàn)噸石基樹(shù)脂,可少用270萬(wàn)噸石油。

2、賦予環(huán)保性能
在焚燒處理的塑料垃圾袋中加入碳酸鈣,可以提升燃燒速度,大大縮短焚燒時(shí)間。具體原因為塑料薄膜中有碳酸鈣在燃燒時(shí)遇熱膨脹而產(chǎn)生無(wú)數微細小孔,增大了與氧氣接觸的可燃燒面積,促進(jìn)燃燒速度。例如,含有30%碳酸鈣的聚乙烯塑料膜,燃燒時(shí)間由純塑料膜的12秒降低到4秒。填充碳酸鈣的塑料膜,由于碳酸鈣的燈芯作用,可以促使焚燒更徹底,減少黑煙的釋放量。還可以利用薄膜中碳酸鈣的堿性,吸收大量分散產(chǎn)生的酸性氣體,降低毒煙的釋放量,大大減少酸雨產(chǎn)生的幾率。日本規定焚燒的塑料垃圾袋必須含有30%的碳酸鈣,填充了碳酸鈣在焚燒時(shí)除了燃燒速度快外,可降低發(fā)熱量、不滴落、不冒黑煙,減輕二次公害,且不損傷焚化爐。

二、碳酸鈣的普遍改性功效

1、提高復合材料的剛性
碳酸鈣可以改善復合材料的彎曲強度、彎曲模量、硬度、耐磨性等性能,對于塑料薄膜而言,復合材料剛性的提高可以明顯增加薄膜挺度,利于薄膜平整卷曲。

2、提高復合材料的尺寸穩定性
尺寸穩定性的提高體現在降低收縮率、降低翹曲、降低線(xiàn)膨脹系數、降低蠕變、有利于各向同性等,碳酸鈣填充可以明顯改善尺寸穩定性。

3、提高復合材料的耐熱性
碳酸鈣可以提高復合材料熱穩定性,原因為碳酸鈣可以吸收促進(jìn)分解的物質(zhì)。例如PBAT/碳酸鈣復合材料的熱穩定性明顯高于純PBAT。再如,尤其是在PVC制品中加入輕質(zhì)碳酸鈣,可以吸收分解產(chǎn)生的氯化氫,大大改善PVC的加工熱穩定性。

4、改善薄膜的抗撕裂性能
一般的塑料薄膜都存在縱向強度高、橫向強度低的缺點(diǎn),尤其是PBS、PLA、PHA類(lèi)脂肪族聚酯薄膜更明顯。加入碳酸鈣后,可以使復合材料各向同性程度提高,明顯提高抗撕裂性能。

三、碳酸鈣的特殊改性性能

1、對拉伸和沖擊性能的影響
并不是所有的碳酸鈣都可以提高塑料薄膜的拉伸強度和沖擊強度,具有受到碳酸鈣粒度的影響和表面處理的影響。
粒度大小的影響:碳酸鈣的粒度不同,對塑料的改性效果不同。一般粒徑在1000目以下,主要用于增量改性;粒徑在1000~3000目,添加量在10%以下,有一定改性效果;粒徑在5000目以上,屬于功能碳酸鈣,具有明顯的改性效果,可以改善拉伸強度、沖擊強度。納米級碳酸鈣雖然粒度更細,但因目前難以分散,只能做到與8000目碳酸鈣一樣的改性效果。

表面處理的影響:粒度適當的碳酸鈣如果表面處理的好,可以改善復合材料的拉伸強度、沖擊強度。近年來(lái),隨著(zhù)有機/無(wú)機復合理論的不斷發(fā)展,CaCO3已由原來(lái)單純的填充劑變?yōu)橐环N新型的功能性填充材料。例如用碳酸鈣制成的均聚PP/CaCO3復合材料,缺口沖擊強度較基體塑料可以提高一倍多。

2、燃燒時(shí)的抑煙作用
CaCO3具有優(yōu)異的抑煙作用,其原理在于它可以和煙霧中的鹵化氫反應(捕捉),使之生成穩定的CaCl2。因此凡在燃燒時(shí)產(chǎn)生鹵化氫的聚合物,如氯乙烯、氯磺化聚乙烯、氯丁橡膠等,都可以用CaCO3作為抑煙劑。由于燃燒反應屬固-氣非均相反應,只能在固體顆粒表面進(jìn)行,所以CaCO3顆粒的粒徑大小就成為抑煙效果的重要因素。只有微小顆粒才具有大得多的比表面積,碳酸鈣的粒度越細,抑煙效果越好。

3、抗粘連劑
含有碳酸鈣的吹塑筒狀薄膜開(kāi)口性好,卷曲時(shí)不會(huì )產(chǎn)生粘連,碳酸鈣起到了開(kāi)口劑的效果。

4、增大導熱速率
碳酸鈣的加入提高了薄膜的導熱速率,從而使吹塑薄膜的膜泡冷卻比較快,提高生產(chǎn)效率,提高擠出機產(chǎn)量。以在PVC片材中加入25%輕質(zhì)碳酸鈣為例,加熱到200℃溫度時(shí)僅僅需要3.5秒,而純PVC片材需要10.8秒,導熱速率提高3倍之多。

5、提高流動(dòng)性
碳酸鈣可以提高復合體系的流動(dòng)性,減少熔體粘度和擠出機扭矩,增加擠出機產(chǎn)量,提高生產(chǎn)效率。不同品種碳酸鈣對流動(dòng)影響不同,具體復合材料流動(dòng)性大小順序大方解石碳酸鈣>大理石碳酸鈣、白云石碳酸鈣>小方解石碳酸鈣>輕質(zhì)碳酸鈣。

6、配色性能

替代部分白色顏料:高白度的碳酸鈣可以替代部分白色顏料如鈦白粉,從而節省高昂價(jià)格鈦白粉的含量,大方解石碳酸鈣因為白度高、遮蓋力大而成為首選。碳酸鈣之所以可以成為白色顏料,主要是因為其具有一定的遮蓋力,涂料的遮蓋力是指把色漆均勻涂布在物體表面上,使其底色不再呈現的最小用漆量,用g/㎡表示。

對著(zhù)色的影響:碳酸鈣本色為白色,對配鮮艷的彩色有影響,配不出鮮艷的色彩;配黑色也有影響,配不出特別黑色。
對色光的影響:碳酸鈣除了白色本色外,往往還帶有不同的色光,會(huì )影響顏色的純正性。色光為物體主顏色之外帶有的附帶顏色,色環(huán)直徑兩端的色光為互補關(guān)系,如藍色的補色為黃色,混合可得到白光,是消除色光有效辦法。在重質(zhì)碳酸鈣中,不同產(chǎn)地碳酸鈣所發(fā)出的底色不同。如四川碳酸鈣底色發(fā)藍,廣西碳酸鈣底色發(fā)紅、江西碳酸鈣底色發(fā)青。在具體配色時(shí),碳酸鈣的色光要與主著(zhù)色色相一致,例如帶藍色色光的碳酸鈣會(huì )消除黃色顏料的著(zhù)色力。也經(jīng)常利用帶藍色色光的碳酸鈣,去消除制品所帶的黃色色光。
改進(jìn)塑料制品的散光性:碳酸鈣的加入對塑料制品不是增加光澤度,而是起到降低光澤度的消光作用。

7、增加透氣性能
填充碳酸鈣的塑料薄膜,在拉伸時(shí)會(huì )在薄膜中產(chǎn)生微小氣孔,只能透過(guò)水蒸氣而不能透過(guò)液體水,因此可用于生產(chǎn)透氣塑料制品,例如典型的透氣膜就是銅大量碳酸鈣填充和薄膜拉伸制成的。生產(chǎn)透氣薄膜用碳酸鈣一般只能選擇3000目的碳酸鈣,而且粒徑分布要絕對窄。

8、促進(jìn)制品降解性能
含有碳酸鈣的聚乙烯塑料袋埋于地下后,碳酸鈣有可能與二氧化碳和水反應生成可以溶于水的Ca(HCO3)2離開(kāi)薄膜,在薄膜上留下微細的孔洞,增大塑料薄膜與周?chē)諝夂臀⑸锝佑|的面積,從而促進(jìn)制品降解。

9、起到成核作用
納米CaCO3對聚丙烯的結晶成核有誘導作用,可以增加了β晶含量,從而提高了聚丙烯的沖擊韌性。

10、降低PA塑料的吸水性
PA/碳酸鈣復合材料的吸水性要低于PA純樹(shù)脂,例如在PA6中填充25%的碳酸鈣,復合材料的的吸水率降低56%。

11、改善表面性能
碳酸鈣可以增加復合材料的表面張力,并且具有優(yōu)異的吸附性,因此可以改善復合材料的電鍍性、涂覆性和印刷性能。

12、碳酸鈣對發(fā)泡的影響
碳酸鈣是否影響塑料材料的發(fā)泡性能發(fā)揮十分復雜,具體要看尺寸大小和添加量大小的度而定:

碳酸鈣尺寸 碳酸鈣粒徑大小與發(fā)泡劑匹配時(shí)就可以起到成核劑的作用,對于發(fā)泡會(huì )起到正面作用,具體合適的尺寸為小于5μm、大于不團聚的尺寸。如果無(wú)機粉體的粒度大于10μm,或者太細導致自身團聚起不導成核劑作用,對于發(fā)泡就有一定負面影響。本人建議選擇3000目(4μm)碳酸鈣,這個(gè)尺寸既可以保證尺寸不大于5μm、又可以保證不團聚。

碳酸鈣促進(jìn)發(fā)泡的具體原因:一是碳酸鈣可以作為成核劑的碳酸鈣可以吸附發(fā)泡氣體形成氣泡核,控制泡孔的數量,使泡孔更細;二是碳酸鈣自身剛性比較大,可以減緩熔體變形和移動(dòng)能力,從而可以抑制泡孔過(guò)快膨脹,控制泡孔尺寸更細。甚至可以設想用采用納米碳酸鈣,因成核劑的尺寸小而引發(fā)產(chǎn)生微小泡孔,生產(chǎn)出微孔泡沫塑料。

碳酸鈣的加入量 適宜的碳酸鈣加入量可以促進(jìn)發(fā)泡質(zhì)量,一般建議最佳填充量為10%-30%。碳酸鈣加入量太低,熔體中形成不了足夠的的成核點(diǎn),造成發(fā)泡倍率偏低;碳酸鈣加入量太高,是可以形成很多成核點(diǎn),但是填充過(guò)大熔體強大太低,導致過(guò)多破泡,也同樣降低發(fā)泡倍率。

碳酸鈣的分散性 均勻的碳酸鈣分散可以促進(jìn)發(fā)泡質(zhì)量。如果碳酸鈣在樹(shù)脂中分散很均勻,就可以保證沒(méi)有團聚現象出現,保證碳酸鈣尺寸在5μm尺寸就可以稱(chēng)為成核劑,就不影響發(fā)泡成型。

(1)碳酸鈣的含水量 如果無(wú)機粉體的含水量小于0.5%,填充基本不影響發(fā)泡成型。

(2)其他:碳酸鈣還可以提高耐磨性,提高硬度
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