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碳酸钙环保改性母料的生产工艺
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【塑胶五金网】摘 要： 本文介绍了碳酸钙环保改性母料的原辅材料的选择、生产工艺、产品质量指标 及应用效益分析等。
关键词： 环保 改性母料 生产工艺
1 前 言
塑料制品的广泛应用，已成为工业、农业、国防、日常生活等方面的重要产品之 一，为社会进步、科技发展、人类文明带来了其他材料难以替代的方便与实惠。然而， 由于部分塑料制品，特别是一次性塑料包装材料在使用后人们随意丢弃，给自然环境造 成“白色污染”。消除“白色污染”，使塑料回归自然，成为环境友好材料、绿色产品， 已引起国内外社会各界的广泛关注。
由于高分子材料特性所决定，本身难以被自然环境所消纳。近几年无机矿物材料超 细技术、偶联包覆技术及增强、共混、改性等先进填充生产工艺的出现，特别是碳酸钙 环保改性母料的应用，在保证塑料制品优异性能的同时，大幅度降低塑料制品的成本， 还可使塑料制品在使用废弃后，易在自然环境分解。因此，推广应用碳酸钙环保母料具 有明显的经济效益、生态效益和社会效益。
目前，国内碳酸钙改性母料生产厂家分布在全国二十多个省市达数百家，年生产能 力达到200万t/a以上。为了使这一新产品得到更广泛的推广应用，本文着重就超细碳 酸钙改性母料的原辅材料选择、生产设备及加工工艺、产品质量及应用效益等方面作一 介绍，供大家参考。
2 碳酸钙环保改性母料的原辅材料选择及主要加工设备
2.1 主要原辅材料的选择
2.1.1 合成树脂的选择
合成树脂是决定改性母料质量的重要原材料。合成树脂按质量比占母料的份数根据 用途不同一般在15%～20%，根据改性母料用途分为聚丙烯、聚乙烯两大类，在聚乙 烯类中又分为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯，还有的厂家将几种烯 烃树脂材料按不同比例混合使用，产品性能也比较优异。
选择树脂时，要采用吹塑薄膜级或拉丝级的熔体流动速率在6g/10min以上的树脂 材料，以获得不同材料较好的相容性。树脂的熔体流动速率越小，产品的力学性能越 好，但相容性越差。
2.1.2 碳酸钙的选择
目前，生产环保改性母料的厂家多选择1250目重质碳酸钙，碳酸钙占改性母料的 70%～85%，1250目的碳酸钙 大粒径在10μm左右。采用的碳酸钙粒径过细，在改性 母料加工生产时，碳酸钙的粒子之间摩擦产生静电而形成凝聚，影响颗粒的交联包覆， 造成母料在塑料制品中分散不均匀。而碳酸钙颗粒过大，影响改性母料的力学性能和在 塑料制品中应用效果，特别是在薄膜类及光泽性要求高的塑料制品中形成外观表面粗 糙、光泽性差、拉伸强度降低、撕裂强度下降等现象。
2.1.3 助剂的选择
在环保改性母料中，各类助剂约占母料的5%，但助剂的品种选择及应用量直接影 响着改性母料的质量性能。除了要采用包覆交联性好、颜色较白的铝酸酯偶联剂、具有 良好的润滑流动性的硬脂酸、石蜡等助剂外，选择适当的分散剂、增塑剂在超细碳酸钙 改性母料中尤为重要。一般选用适量的聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、分散剂等来改善超细粒子 的凝聚现象。
2.2 主要加工设备
2.2.1 高速加热混合设备
高速加热混合机是目前改性母料生产中常用的主要混合设备，通常以100L、200L、 300L带加热冷却系统双速搅拌混合机使用较普遍。高速混合机具有造价低、生产效率 高、使用方便等优点。高速混合机中的折流板、搅拌叶桨等装置，具有改变物料流动方 向，使不同组分的物料干燥、混合、塑化等作用。所以，在改性母料生产中，这些装置 的结构形式至关重要。
除了高速混合机外，加热密闭式炼塑机是混合性能优越的混炼机械，该设备混炼效 果好，生产环境粉尘少，由于密炼机价格昂贵，能耗高，已很少有厂家使用。
2.2.2 混炼挤出造粒机组
超细碳酸钙改性母料的混炼挤出造粒机组一般选择长径比 (L/D) 在32：1～40：1 的同向旋转平行双螺杆挤出造粒机组。L/D过小物料塑化混合不均匀，L/D过大，能耗 高、产量低、低分子物易受热分解或析出，影响改性母料的质量。
改性母料造粒方法主要是模面热切和冷却拉条切粒。以聚乙烯为载体的改性母料造 粒方式采用模头表面风冷切粒的方法。以聚丙烯为载体生产时，由于聚丙烯黏度大，需 要冷却时间长，采用水环切粒、水环拉条切粒、钢丝网带传动网冷却造粒等工艺。由于 碳酸钙在改性母料中含量较高，通过水冷却装置时，改性母料颗粒表面碳酸钙亲水后， 造成母料水分含量过高，影响改性母料的质量及应用效果。采用钢丝网带冷却造粒这一 新工艺，能够避免改性母料与水的接触，极大地降低了改性母料的水分及易挥发物的含 量，还可根据挤出机产量大小适当调整钢丝网带长度、传动速度、增设风冷装置等方 式，满足不同生产效率的要求，提高改性母料的产品质量。
3 碳酸钙环保改性母料的生产工艺及产品质量指标
3.1 生产工艺
碳酸钙环保改性母料以超细碳酸钙为填料，与填充改性母料相比，除了在原辅材料 及工艺配方等方面有所不同外，在加工工艺方面也有差异。
碳酸钙环保改性母料对无机粉体的选择要求很严。一般采用1250目的碳酸钙 (粒 径10μm左右)，碳酸钙的粒径小、比表面积大，超细粉体在储运过程中易吸潮吸湿。 在干燥处理及偶联包覆过程中，颗粒之间经过高速摩擦易产生静电，致使微细粉体凝聚 结团，难以均匀分散。在加入分散剂后生产成本提高，分散效果也不理想，采用特殊的 抗静电处理工艺，也难以取得令人满意的效果。我们探索的简易物料放置法，可使无机 粉体在自然存放中缓慢释放出静电。经过十几个生产厂家应用，证明这一技术简便易 行，成本低廉，实用性强。
碳酸钙环保改性母料在挤出造粒时，双螺杆挤出造粒机组中的螺杆组合非常重要， 要根据配方不同适当调整增加螺杆的混炼段，使物料与各组分助剂得到充分混合塑化。 主机各区挤出温度不宜过高，避免低分子材料分解析出。碳酸钙环保改性母料的载体要 求熔体流动速率6～8g/10min为宜，碳酸钙的粒径分布窄，增塑剂、润滑剂、分散剂等 助剂要适量。生产效率略低于普通改性母料。
3.2 产品质量指标
碳酸钙环保改性母料与普通改性母料的原辅材料及含量有所差异。碳酸钙环保改性 母料主要用于塑料包装袋、购物袋、一次性包装制品等，不但需要保持良好的使用力学 性能，外观效果好、印刷性好、价格低廉，还要使塑料制品废弃后在自然环境中能够自 行分解，根据环境条件的变化在6个月至18个月后降解成碎片状或粉末后对自然环境 不造成污染。
碳酸钙环保改性母料产品质量技术指标参照QB/T 1126—1991国家行业标准。提 出有关质量指标数据见表1供参考。
表1 质量指标数据
|
序号 |
项 目 |
指 标 |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 |
碳酸钙含量/% 密度/(g/cm3) 水分及挥发物含量/% 熔体流动速率/(g/10min) 白度/% 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% 缺口冲击强度/(kJ/m2) |
70～85 1.5～1.8 ≤0.3 ≤2 ≥58 ≥32.0 ≥45.0 ≥9.0 |
4 碳酸钙环保改性母料的应用效益分析
4.1 碳酸钙环保改性母料产生的社会效益
塑料改性母料的推广应用，带动了无机矿物材料工业的发展。碳酸钙环保改性母料 中重钙含量在70%～85%，超细碳酸钙的应用开阔了无机材料的应用领域，带动了无 机粉体的深加工，也提升了重钙的经济价值。
我国是石油消费大国，每年石油进口占消费量的60%。全国每年消耗300多万t塑 料包装袋，如果在一次性塑料包装材料中加入20%～30%的无机粉体，减去粉体与树 脂的比重因素，每年可以节省大约70万t的合成树脂，减轻国内大型石化企业为生产 合成树脂带来原油紧张的压力。能够节省数量可观的石油资源，缓解我国石油资源紧张 状况。
4.2 碳酸钙环保改性母料带来的生态效益
经实验表明，当使用含有20%～30%的碳酸钙的聚乙烯包装材料比纯聚乙烯包装 材料具有明显的降解性能，在自然环境中分别暴晒90d、120d、180d和360d，暴晒时 间达到180d以上时，各项物理性能开始明显下降，断裂伸长率和拉伸强度下降20%～ 40%。包装袋在360d的自然环境中暴晒后可分解成3cm×3cm片状物，并已失去成型 的力学性能。
土壤中的水和二氧化碳对高分子材料不产生浸蚀作用。所以，大量的废弃塑料制品 丢弃在自然环境中，造成“白色污染”。而在高分子材料中添加无机粉体后，促进具有 降解性能的羧基指数增加，CaCO3+CO2+H2O可提高塑料制品的触氧面积，使微生物 浸蚀塑料材料，达到废弃塑料制品的逐渐老化和崩解。
碳酸钙等无机矿物材料是无毒、无味、无腐蚀的不影响人体健康的天然物质，在自 然环境中不会产生污染，在塑料制品被掩埋在土壤中，这些物质可促使塑料制品分解回 归自然，不会对地下水源构成污染，可消除或减缓塑料制品对自然环境带来的 “白色 污染”。
4.3 碳酸钙环保改性母料产生的经济效益
碳酸钙已成为塑料制品的重要填充改性材料。广泛用于聚丙烯、聚乙烯类的编织 袋、扁丝、打包带、管材、包装材料等产品，碳酸钙在性价比方面具有不可比拟的优 势，如1250目的碳酸钙价格在600元/t～1100元/t，是聚烯烃树脂价格的10%～20%。 碳酸钙的理论密度是聚丙烯、聚乙烯的近三倍，在实际应用过程中，对加入碳酸钙的改 性母料和塑料制品进行添加比例测定，实际密度明显低于理论计算密度值。如1250目 重钙含量80%的改性母料理论密度在2.2 ～2.4g/cm3，但实际测算密度是1250目重钙 含量80%的改性母料密度约为1.6～1.9g/cm3，400目重钙含量80%的改性母料密度约 为1.7～2.0g/cm3。经过有关试验和实际应用，我们分析认为，这种密度 “失衡” 现 象，是因为无机粉体颗粒与颗粒之间，粉体颗粒与树脂之间出现“空间” 效应，而形 成的实际密度下降。这种密度数据试验，尚需进一步验证。
由于塑料包装袋、膜类的改性母料市场价格在2500元/t～4000元/t，仅是树脂的 1/5～1/3。特别是树脂原料价格大幅度上扬，仅靠其他工艺条件难以消化原料涨价因素 时，改性母料生产企业和塑料制品加工企业在保证产品质量、改善制品性能的同时，也 显著提高了企业的经济效益和社会效益。
5 结 论
碳酸钙环保改性母料的推广应用，产生了明显的社会效益、生态效益、经济效益， 是有效地缓解塑料制品造成的 “白色污染” 有效措施之一。碳酸钙环保改性母料可改 善塑料制品某些物理性能，降低企业生产成本，提高经济效益。
碳酸钙环保改性母料虽然得到了大量应用，但在生产工艺、产品应用、自然环境等 方面，需要总结经验，跟踪服务，在诸多方面尚有待进一步完善。
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