重質碳酸鈣(重鈣)因價格低廉、白度高、化學穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性好,而成為塑料工業(yè)中的首選填料,廣泛應用于塑料薄膜、型材、管材、塑編拉絲和人造革等塑料工業(yè)中。
早期,重鈣在塑料制品中主要是達到塑料制品增容、增重、降低成本等作用。隨著塑料行業(yè)的發(fā)展,重鈣在塑料加工中的作用擴展到:①提高加工性能、分散性能;②提高尺寸穩(wěn)定性、剛性和韌性;③提高耐熱性、抗老化以及抗紫外線性能;④(部分)取代昂貴的白色顏料,起到一定的增白作用;⑤提高制品的表面光澤和表面平整性等。
1. 塑料用重鈣產品質量及要求
(1) 白度
白度的高低主要影響填充塑料制品的色澤、外觀,并不影響材料的力學性能和加工性能。白度越高,對填充塑料著色的影響越??;性能相同條件下,白度高更具有競爭優(yōu)勢。塑料用重鈣原則上要求白度越高越好,如普通塑料用重鈣的白度要求>92%,高檔塑料填充母粒用重鈣的白度要求達到95%。
(2) 雜質含量
雜質含量的高低不僅影響填充塑料制品的色澤、外觀,還對材料的力學性能和加工性能產生影響。塑料行業(yè)用重鈣原則上要求雜質含量越低越好,碳酸鈣含量越高越好,影響塑料的主要雜質指標有:Fe2O3、MgO、SiO2等。
Fe2O3含量高會影響重鈣粉的色澤,易發(fā)黃,特別是在進行表面處理時與硬脂酸等酸性物質結合,在高溫條件下極易發(fā)黃,同時鐵離子可加速塑料老化。
MgO含量高的重鈣粉會發(fā)灰,如含白云石的重鈣粉加入聚乙烯和聚丙烯類塑料中會使整個填充物呈現灰色,因為白云石的主要成分是碳酸鈣和碳酸鎂。SiO2的存在,可能使聚氯乙烯發(fā)生輕度交聯或引發(fā)熱降解,降低其熱穩(wěn)定性;再者重鈣粉中硅含量高會導致顆粒硬度增大,對塑料加工機械的磨損影響較大,例如用含硅高的重鈣粉制作的填充母料用于聚丙烯扁絲生產時,分切刀片易磨損。
(3) 粒度及其分布
粒度及其分布是衡量重鈣產品檔次的一個重要指標,主要影響材料的力學性能。理論上來說,塑料用重鈣粉粒徑越細填充到塑料中可使制品強度大大提高,但實際應用并非如此。重鈣粒徑越細、比表面積越大,表面能就越大,原生粒子極易團聚以多聚集態(tài)(凝集體)形式加入樹脂中,分散不均勻,難以形成穩(wěn)定的界面,使產品性能下降。因此,塑料用重鈣要求細度適當,并非越細越好。
目前常用的重鈣粉粒度普遍為400~1250目,400~800目約占65%的市場份額、800~1 250目約占30%、1 250目以上約占5%~10%。對填充塑料來說,在同樣填充比例條件下,所用的填料粒徑越細,其填充塑料的力學性能越好,但是,其前提是重鈣顆粒在塑料基體中需均勻分散。
塑料用重鈣的粒度分布要求不一,如注塑制品要求填充材料有良好的流動性,細粉含量少、粗粉含量高的重鈣有助于填充材料的加工流動性,前提是保證產品d100指標的條件下,平均粒徑大些為好。粒度及其分布的指標,不僅要求其d97、d100指標,還要求其產品的2μm含量、平均粒徑d50和比表面積等,因為這些指標間接反映了重鈣粉的分散性好壞和吸油值高低。
(4) 顆粒形態(tài)與晶型
重鈣的顆粒形態(tài)對塑料的填充與改性影響較大,如纖維狀、薄片狀對聚氯乙烯復合材料機械強度有利,但對成型加工性能不利;而球形填料與之相反,可提高材料成型加工性能,但降低了材料機械強度。晶型構造的影響已經在行業(yè)內開始受到關注,一般來說,細粒狀他形、半自形變晶,等粒狀或塊狀結構的天然方解石生產的重鈣粉更受塑料行業(yè)青睞。
(5) 吸油值
塑料用重鈣原則上要求其吸油值越低越好,因為吸油值高會把增塑劑吸收到填料中,使其失去增塑樹脂的作用,為了使材料達到一定的柔韌度又必需加大增塑劑用量,造成成本升高。
(6) 水分和低分子物質
水分和低分子物質對任何塑料制品都是一大忌,因為水分和低分子物質使制品表面產生缺陷和皺紋,嚴重時會使制品內呈蜂窩狀或物料輸送產生架橋斷料,不僅影響制品的力學性能,還影響制品外觀。
2 塑料用重鈣的原料選擇
由上述指標要求可見,重鈣產品的制備開發(fā)也帶來了其原料的合理開發(fā)與選擇。重鈣的白度、雜質含量和晶型結構主要取決于原礦資源的品位,同時也與重鈣加工設備及其工藝有一定關系。
重鈣的顆粒形態(tài)、粒度及其分布主要與加工設備與工藝技術條件控制有關。因此,塑料用重鈣原料的選擇,需結合重鈣加工設備與工藝條件,對原礦的晶型構造、白度及CaCO3、MgO、Fe2O3、Al2O3、鹽酸不溶物含量等指標進行考察,目的是使原料物盡其用,生產符合市場原礦資源、提高原礦和重鈣產品的附加值的目的。
來源:中國粉體技術網