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              塑料用復配活性碳酸鈣的生產、改性及應用

              文字:[大][中][小] 2020-6-9    瀏覽次數:780    

              所謂復配碳酸鈣產品,通常是指以重質碳酸鈣為主體(>50%),配以一定比例的輕質碳酸鈣粉體,通過復配改性技術,將輕、重鈣混合,聯合改性,能很好的平衡輕、重鈣差異,兼備二者的優點,在大幅降低產品成本的同時,擴大產品的應用范圍,提高產品品質。


              1、復配活性碳酸鈣生產工藝

              基于重鈣干法生產工藝,復配活性碳酸鈣可采用如下兩種工藝:

              一是將一定粒度、比例的重鈣、輕鈣混合研磨→改性→分級;

              二是采用重鈣、輕鈣分別研磨→分級→改性。

              其特點為:工藝簡單,設備投資小,出料后可以直接包裝,特別適用于偶聯別對碳酸鈣的改性處理工藝。

              基于重鈣濕法生成工藝,復配活性碳酸鈣可采用如下工藝:重鈣、輕鈣調整至一定濃度的漿料濕法混磨→改性→漿料產品→干燥→干粉產品。

              其特點為:濕法活化是在液相狀態下處理碳酸鈣顆粒,可以均勻地對碳酸鈣進行包覆,表面活性劑可以通過位阻效應和雙電層效應充分地分散于碳酸鈣顆粒表面,使顆粒間的距離增大,在脫水和干燥過程中減輕顆粒的二次凝聚,干燥得到的產品粒度細,堆積密度較小,流動性和分散性均較好。

              2、復配活性碳酸鈣表面改性方法

              改性劑的正確選擇,不僅要考慮改性劑與碳酸鈣及其配用顏料粉體的親和混溶性,同時要考慮改性劑與基體的其它化學助劑的混溶性,特別是用于塑料體系的改性鈣品與輔料助劑的配伍效應。

              目前,復配碳酸鈣的表面改性方法主要有表面活性劑改性、偶聯劑改性、反應性單體及活性大分子改性、原位聚合法改性等。

              (1)表面活性劑改性法

              目前,用于改性碳酸鈣的表面活性劑種類多,生產能力大,價格低廉,主要可分為脂肪酸(鹽)類以及鈦酸酯類等兩大類。

              (2)偶聯劑改性法

              偶聯劑分子的一端為極性基團,可以和碳酸鈣表面的羥基進行化學反應,形成穩定的化學鍵;另一端的非極性基團,則包覆在碳酸鈣顆粒表面,使其表面親油化,可降低顆粒表面自由能,提高與樹脂相混性,且賦予復合材料較好的物理、機械性能。目前,用于碳酸鈣改性的偶聯劑主要有鈦酸酯偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑。

              (3)聚合物改性法

              聚合物可定向地吸附在碳酸鈣的表面,使碳酸鈣具有電荷特性,并在其表面形成物理和化學吸附層,陰止碳酸鈣粒子團聚結塊,改善分散性。一般認為,聚合物包膜碳酸鈣可分為兩類:

              一類是先把聚合單體吸附在碳酸鈣表面,然后引發其聚合,從而在其表面形成極薄的聚合物膜層;

              另一類是將聚合物溶解在適當溶劑中再加入碳酸鈣,當聚合物逐漸吸附在碳酸鈣表面時排除溶劑形成包膜。

              (4)原位聚合改性法

              原位聚合法是先將粒子在單體中均勻分散,然后用引發劑引發聚合,粒子或分子均勻地分散在聚合物基體上,形成帶有彈性包覆層的核一殼結構的粒子。與傳統的填充聚合物材料相比,原位多相聚合保證了填充粒子的均勻分散。

              3、復配活性碳酸鈣應用中常見的問題及原因分析

              復配活性碳酸鈣在塑料中經常出現的問題主要體現在粉體的有效分散、制品表面光澤度、制品加工過程中的擠出性能以及色澤的穩定性等方面。

              (1)粉體的分散問題

              活性劑表面包覆處理不完全、吸油值偏高時,易導致干粉混料時物料粘壁與DOP等增塑劑相容性差,造成混料時間延長;

              產品的pH值偏高,特別是偏高達到10以上時,粉體顆粒表面的介電性能發生變化,電荷電量增加,產品明顯出現易粘壁、易揚塵、難混料等現象;

              重鈣能夠有效提高加工的流動性,但是如果重鈣添加過多、粒度偏大,則易造成母粒表面平整度差,手感粗糙感明顯。

              (2)制品表面光澤度問題

              當粉體顆粒粒度較大時,塑化后在擠出粒料表面明顯有較多微小顆粒,表面反光降低,光散射作用使得膠粒表面光澤較差發暗;

              由于膠料塑化過程形成乳膠狀氣泡,膠料擠出冷卻后,微小氣泡位置形成了空穴,表面變得不平整,光澤度降低;

              當物料擠出后表面光澤較好,但當膠料降溫存放一段時間后,表面出現“霧面”,主要原因是由于膠料中硬脂酸使用過量,導致部分硬脂酸析出;

              制品表面平整性差主要是膠體粘度偏高,流動性差。

              (3)擠出性能變差的問題

              擠出速度慢是由于碳酸鈣粉體填充過量,導致粘度增加、難塑化,造成擠出速度降低;

              膠料流動性差主要是由于輕鈣粉體顆粒對增塑劑吸附能力較強,以致影響到膠料的正常塑化,從而使塑化時間延長。

              (4)色澤的穩定性問題

              碳酸鈣粉體的本身白度較低和不穩定;

              粉體中含少量的氧化物雜質;

              碳酸鈣粉體的pH值偏高;

              碳酸鈣粉體的吸油值偏高。

              4、復配活性碳酸鈣生產要點

              為生產高品質復配活性碳酸鈣,以滿足下游用戶的需求,需要注意以下幾個要點:

              (1)選擇優質的原材料

              方解石、石灰石應選用高白度、低雜質的原料,控制礦石中的氧化鎂含量,以氧化鎂含量低于0.5%為最佳。低氧化鎂含量可降低粉體的pH值、吸油值。

              (2)優化重鈣和輕鈣的配比比例以及粒徑范圍

              在有效提高膠料的流動性的同時,也能有效改善制品的表面質量。

              (3)嚴格控制粉體在加工過程中所使用的設備材質

              一般應選用不銹鋼材質,以避免鐵銹等雜質混入產品中。尤其是活化設備和干燥設備,必須采用不銹鋼材質,以避免因與活性劑(一般略帶酸性)接觸生銹;干燥設備接觸的濕物料容易使碳鋼材質設備銹蝕。

              (4)碳酸鈣粉體表面包覆工藝

              當表面包覆(包覆劑添加量不足)時,粉體親油性能降低,與增塑劑相容性降低,需保證碳酸鈣經表面活性劑包覆處理后,得到高的活化度。

              來源:史永安,汪瑞俊,李文耀.塑料用復配活性碳酸鈣的應用[J].化工管理,2015(28):203-204.


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