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          碳酸鈣對改性的正面作用

          作者:admin 發布日期:2021/11/18 關注次數: 二維碼分享
          傳統的觀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勢,因為碳酸鈣的價格是所有填料中價格最低的品種。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,是因為碳酸鈣與樹脂的相容性不好,難以形成良好的結合界面。

          近年來,隨著碳酸鈣加工技術的突飛猛進,隨著碳酸鈣表面處理技術的飛躍發展,碳酸鈣在降低制品成本的同時,也可改善制品的很多性能,而且有一些性能是獨一無二的。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量300萬噸,可以節省90萬噸石基樹脂,可少用270萬噸石油。

          2、賦予環保性能
          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,大大縮短焚燒時間。具體原因為塑料薄膜中有碳酸鈣在燃燒時遇熱膨脹而產生無數微細小孔,增大了與氧氣接觸的可燃燒面積,促進燃燒速度。例如,含有30%碳酸鈣的聚乙烯塑料膜,燃燒時間由純塑料膜的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,吸收大量分散產生的酸性氣體,降低毒煙的釋放量,大大減少酸雨產生的幾率。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除了燃燒速度快外,可降低發熱量、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分解的物質。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制品中加入輕質碳酸鈣,可以吸收分解產生的氯化氫,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,尤其是PBS、PLA、PHA類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,隨著有機/無機復合理論的不斷發展,CaCO3已由原來單純的填充劑變為一種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、燃燒時的抑煙作用
          CaCO3具有優異的抑煙作用,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。因此凡在燃燒時產生鹵化氫的聚合物,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口性好,卷曲時不會產生粘連,碳酸鈣起到了開口劑的效果。

          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,提高生產效率,提高擠出機產量。以在PVC片材中加入25%輕質碳酸鈣為例,加熱到200℃溫度時僅僅需要3.5秒,而純PVC片材需要10.8秒,導熱速率提高3倍之多。

          5、提高流動性
          碳酸鈣可以提高復合體系的流動性,減少熔體粘度和擠出機扭矩,增加擠出機產量,提高生產效率。不同品種碳酸鈣對流動影響不同,具體復合材料流動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,色環直徑兩端的色光為互補關系,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。在重質碳酸鈣中,不同產地碳酸鈣所發出的底色不同。如四川碳酸鈣底色發藍,廣西碳酸鈣底色發紅、江西碳酸鈣底色發青。在具體配色時,碳酸鈣的色光要與主著色色相一致,例如帶藍色色光的碳酸鈣會消除黃色顏料的著色力。也經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,在拉伸時會在薄膜中產生微小氣孔,只能透過水蒸氣而不能透過液體水,因此可用于生產透氣塑料制品,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離開薄膜,在薄膜上留下微細的孔洞,增大塑料薄膜與周圍空氣和微生物接觸的面積,從而促進制品降解。

          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、碳酸鈣對發泡的影響
          碳酸鈣是否影響塑料材料的發泡性能發揮十分復雜,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泡劑匹配時就可以起到成核劑的作用,對于發泡會起到正面作用,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,對于發泡就有一定負面影響。本人建議選擇3000目(4μm)碳酸鈣,這個尺寸既可以保證尺寸不大于5μm、又可以保證不團聚。

          碳酸鈣促進發泡的具體原因: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能力,從而可以抑制泡孔過快膨脹,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產生微小泡孔,生產出微孔泡沫塑料。

          碳酸鈣的加入量 適宜的碳酸鈣加入量可以促進發泡質量,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,造成發泡倍率偏低;碳酸鈣加入量太高,是可以形成很多成核點,但是填充過大熔體強大太低,導致過多破泡,也同樣降低發泡倍率。

          碳酸鈣的分散性 均勻的碳酸鈣分散可以促進發泡質量。如果碳酸鈣在樹脂中分散很均勻,就可以保證沒有團聚現象出現,保證碳酸鈣尺寸在5μm尺寸就可以稱為成核劑,就不影響發泡成型。

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

          (2)其他:碳酸鈣還可以提高耐磨性,提高硬度
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