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碳酸钙质量指标对改性母料的影响

来源:塑料五金网发布时间:2013-09-03 09:39:16点击率:

 

  摘 要: 重质碳酸钙已成为塑料改性母料的重要无机材料,重质碳酸钙的质量指标直接 决定改性母料的质量,并影响在塑料制品中的应用效果,本文对碳酸钙在塑料 改性母料中应用概况及质量指标进行了阐述。

  关键词: 质量 指标 改性母料 影响

  1 前 言

  塑料已成为世界上四大通用材料 (钢铁、木材、水泥、塑料) 之一,我国的塑料 产量按体积计算已超过钢铁,位居首位。随着塑料制品的应用领域不断扩大,越来越多 的塑料制品需要填充、共混、增强等改性工艺,以满足对塑料制品的使用要求。而重质 碳酸钙以质轻、价廉、资源丰富、加工方便等优势,广泛用于塑料制品的填充改性,我 国塑料行业的重质碳酸钙需求量在150万t/a以上。

  我国碳酸钙分布较广,四川、广西、云南、贵州、湖北、湖南、浙江、河南、华 北、东北等地均有矿产资源,由于碳酸钙矿产资源品位的差异,碳酸钙的化学组分也有 所不同。碳酸钙的质量直接影响了塑料改性母料生产应用及塑料制品的质量。本文综合 全国主要产地的碳酸钙质量指标,对在塑料改性母料中的应用状况作一分析,供大家 参考。

  2 碳酸钙在塑料改性母料中的应用

  2.1 碳酸钙在塑料改性母料中的应用概况

  碳酸钙已成为塑料改性母料的重要无机填充改性材料。目前,聚丙烯、聚乙烯等烯 烃树脂中有80%左右的制品添加无机材料,重质碳酸钙主要用于扁丝、打包带、管材、 电缆填充绳、包装膜、购物袋、垃圾袋等制品的填充改性。在聚苯乙烯、丙烯腈-丁二 烯-苯乙烯共聚物的片材、包装材料、注射制品等方面也得到应用,在聚氯乙烯装饰材 料、型材、管材等产品中已代替轻质碳酸钙。

  2.2 碳酸钙在塑料改性母料中的应用优势

  碳酸钙已成为塑料改性母料中的重要添加无机材料,它的一般应用量占到改性母料 重量的70%~85%。碳酸钙作为填充改性材料应用在塑料中有很多优点,参见无机矿 物材料在塑料中的应用一文。

  2.3 碳酸钙在塑料改性母料中的应用效益

  碳酸钙在塑料加工工业中的应用带动了矿产资源的开发利用。碳酸钙的深加工使大 量的天然矿产资源彰显出明显的经济效益和社会效益。碳酸钙经过精细加工,不但成为 高附加值的工业产品,也是塑料行业降低生产成本、改善塑料制品性能、提高企业经济 效益的新途径,也为国家节约了石油资源。

  塑料加工企业使用含有碳酸钙的改性母料,企业经济效益显著增加,碳酸钙的价 格300元/t~1000元/t,是塑料原材料价格的5%~20%,特别是合成树脂价格大幅 上涨,使用无机改性材料,是塑料加工企业降低生产成本、提高经济效益的有效措 施之一。

  由于碳酸钙是无机矿物材料,添加在高分子材料中,可改善塑料制品的某些物理性 能 (如手感、外观、收缩率等),还可使高分子材料的分子微观结构发生变化,促进分 子链分解断裂,达到塑料制品使用废弃后,能够在自然环境中自行降解,消除或减缓塑 料对自然环境造成的 “白色污染”。

  3 碳酸钙质量指标对塑料改性母料的影响

  我国碳酸钙矿产资源丰富,全国20多个省市都有矿产储藏,由于我国各地地质 矿产差异,碳酸钙含量、粒径、形状、杂质含量等质量指标也有很大不同。因碳酸 钙的用途不同,对碳酸钙的质量指标也有不同要求。到目前为止,我国尚没有国家 统一的塑料中应用的碳酸钙产品质量标准。中国塑料加工工业协会改性塑料专业委 员会曾于1996年在河北省邢台市召开有关碳酸钙在塑料中应用标准会议,经过收集 全国数十个不同产地的产品质量指标数据,经过专家认真研讨并进行了综合分析, 终因产地、地质、矿产等自然条件限制,在客观指标上存在差异,难以形成统一质 量体系指标而告终。

  综合全国各地的碳酸钙产品质量指标,结合改性母料生产厂家的使用要求以及作者 多年的应用经验,对碳酸钙的质量指标现提出一些看法,供大家商讨。

  3.1 碳酸钙的钙含量对塑料改性母料的影响

  钙含量是碳酸钙的重要质量技术指标。改性母料对碳酸钙的钙含量要求较高,一般 在98%以上。钙含量越高,碳酸钙的加工性能越稳定。当钙含量较低时,就会增加重 金属和其他非金属等杂质含量,不但影响碳酸钙的使用,还会影响加工工艺,波及产品 质量或对加工设备造成危害等。

  3.2 碳酸钙的白度对塑料改性母料的影响

  碳酸钙的白度直接影响改性母料的白度及着色性。改性母料对碳酸钙的白度要求非 常严格,十几年前生产厂家对400目的碳酸钙白度要求一般在92%~93%,随着改性 母料的用途越来越广泛,对碳酸钙的白度要求越来越高。目前,400目的碳酸钙白度要 求要达到95%以上,有的矿石加工的碳酸钙白度可达到97%左右。有些改性母料生产 厂家为了使产品白度提高,常常添加荧光增白剂,已达到增加白度的效果。但是由于荧 光增白剂的化学组分在高温、高剪切下易发生分解反应,如果荧光增白剂的品种选择不 当或添加份数过量,不但使产品分解发黄,还会出现不分散或凝聚结团现象。

  碳酸钙的白度直接关系改性母料白度,还会影响塑料制品的着色性,造成塑料制品 颜色不鲜艳、光泽度差等。所以,碳酸钙的白度也是不可忽视的重要技术指标。

  3.3 碳酸钙的水分含量对塑料改性母料的影响

  碳酸钙的原材料—天然大理石、方解石等,一般不含结构水。在加工成超细粉体 后,在加工、储运过程中容易受潮吸湿水分。碳酸钙中有时会含有微量的易挥发物,这 些物质如果含量过高时,会对改性母料和塑料制品造成影响。

  水分及易挥发物含量在碳酸钙中一般控制在0.3%左右,聚烯烃填充母料QB/T 1126—1991国家行业标准规定,含水量在0.5%以下。但在实际应用时,产品中水分含 量0.3%时,就易出现产品表面粗糙、气泡、烧焦、分解等现象。所以控制好水分含量 对改性母料的质量非常重要,常用的办法是采用高速混合机加热干燥处理来消除水分。 在碳酸钙高含量填充改性母料生产中,有条件的尽量避免采用水槽浸润拉条切粒和水环 造粒等工艺,采用履带传动网式干法切粒工艺和磨面热切造粒工艺,可在提高生产产量 的前提下, 大限度的减少改性母料的水分及易挥发物的含量,能够保证改性母料的产 品质量。

  3.4 碳酸钙的粒度分布对塑料改性母料的影响

  碳酸钙的粒度分布是改性母料的重要质量控制指标。无机矿物粉体的粒度分析常用 较为简单的筛分方法,筛分方法中常用的规格用“目” 表示。所谓目数即是每一英寸 筛网上所具有的筛孔个数。但比较准确科学的粒度分析方法,采用测量粒径的实际尺 寸,用微米(μm) 表示。筛网目数与颗粒粒径的关系见下表1。

  表1 筛网目数与粒径换算对照表

筛网/目

粒径/μm

筛网/目

粒径/μm

筛网/目

粒径/μm

100

180

200

250

165

83

74

61

325

425

500

625

47

33

25

20

800

1250

1500

2500

15

10

8

5

  筛分法是一种 传统的粒度分析方法,即将分散性较好的超细粉体用一定目数的筛 子过筛,筛下通过与过筛粉体的重量之比即为过筛率。常用的标准筛 细的有25μm (相当于500目),新的电沉积筛网可筛分小到5μm (2500目) 的粉体,但筛分时间 长,易发生堵塞。对于小于10μm (1250目) 的超细粉体,采用筛分的方法,难以用于 粒度分析和检测。

  以上表中看出筛目与粒径的对称关系。在实际应用中,碳酸钙等粒状材料的粒度分 布范围有较大波动,粒度分布范围越窄,材料的性能越稳定,粒度分布范围越宽,材料 的性能越差。例如,1250目的碳酸钙,粒径应在10μm左右,如果粒度分布于2~ 38μm之间,虽然理论计算平均粒径可以接近10μm,由于粒径小,比表面积大,易凝 聚成团; 而粒径大会造成制品表面粗糙等现象,所以它的加工性能、力学性能等都会受 到影响。

  3.5 碳酸钙的颗粒形状对塑料改性母料的影响

  碳酸钙的颗粒形状根据矿物结构不同,分为多方体、扁平体、多棱体、长方体、长 棒体及其他不规则体等颗粒形状。

  碳酸钙的颗粒形状对改性母料的加工工艺、产品质量、熔体流动性、力学性能都有 较大影响。多方体、多棱体、长方体形状的碳酸钙在改性母料加工中熔体流动性好,易 与偶联剂包覆交联,加工设备磨损相对较小,缺点是改性母料应用于塑料制品后,易影 响塑料制品的力学性能 (如拉伸强度、弯曲强度等)。

  扁平状和长棒状的碳酸钙粒子比表面积相对较大,在改性母料中偶联剂、增塑剂等 助剂用量需适当增加。否则,易造成包覆不均匀、熔体流动性差、主机功率增大、机头 阻力增加、还会产生过热分解等现象。但这类形状的物料对塑料制品的物理性能有益, 可提高拉伸强度、弯曲强度、降低塑料制品的收缩率等。

  3.6 碳酸钙的其他组分对塑料改性母料的影响

  碳酸钙中化学组分及金属杂质及其他组分含量对碳酸钙的质量也有一定的影响,在 塑料改性母料及塑料制品中应用都将产生负面效应。碳酸钙的典型组分见表2。

  表2 碳酸钙典型组分

组 分

含 量

CaCO3

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

重金属 (铝、砷、汞等)

98%~99%

≤1.2%

≤0.25%

≤0.12%

≤0.06%

<0.0040%

  以上组分随产地的不同、矿石的不同,易产生差异。碳酸钙中氧化镁含量一般在 1.2%左右,但氧化镁硬度小,白度略低于碳酸钙,化学稳定性、加工性能近似于碳酸 钙,一般不会对碳酸钙带来较大影响。

  二氧化硅 (SiO2) 属于天然石英岩,它的比表面积小,流动性好。但二氧化硅的硬 度高 (莫氏硬度7),对设备磨损严重,特别是在包覆不均匀或增塑剂用量小时,显得 尤为突出。如在聚丙烯扁丝生产加工中,对高速分切刀具易产生碰撞而经常损坏刀刃影 响生产加工。

  三氧化二铁(Fe2O3) 在碳酸钙中含量虽然很少,与化学助剂混合加工时易发生化 学变化,三氧化二铁受热后易分解变黄,影响改性母料的白度及外观,所以三氧化二铁 在改性母料中是不可忽视的物质。

  在碳酸钙中二氧化硅、三氧化二铁的含量越低,对改性母料的质量影响越小,一般 可采用含5%份的盐酸稀释溶液在玻璃皿中加入碳酸钙进行化学分析,观察溶液中沉淀 物的多少来测定二氧化硅含量,溶液颜色略黄证明三氧化二铁含量高。

  4 结 束 语

  碳酸钙在改性母料中得到广泛应用,成为改性母料的重要材料,碳酸钙的各项质量 指标直接影响改性母料的质量及在塑料制品的应用效果,要有选择性地采用碳酸钙,是 保证改性母料的质量,提高塑料制品的应用性能,增加经济效益的必要手段和重要 保证。

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