輕質碳酸鈣檢測方法探討
硬質聚氯乙烯制品加工過程中對輕質碳酸鈣的需求量非常大，不論是PVC～U異型材還是PVC~U管材、管件，輕質碳酸鈣都是必不可少的填充劑。加入輕質碳酸鈣可以增加體積，降低成本，同時還可以提高硬質PVC制品的尺寸穩(wěn)定性、硬度和剛性，改善塑料的加工性能。但是，市場上良莠不齊的輕質碳酸鈣對制品性能有不利影響，如產(chǎn)品剛性差、白色制品外觀顏色偏灰偏青等問題。因此，選擇高品質的輕質碳酸鈣對PVC～U制品生產(chǎn)廠家是至關重要的。
對于輕質CaCO3 標準中提出的技術指標，由于檢測項目較多、檢測方法比較復雜、麻煩 ，即使是輕質碳酸鈣的生產(chǎn)企業(yè)，有的也只能作部分指標檢測，同時多數(shù)輕質碳酸鈣的使用企業(yè)也沒有配備足夠的檢測條件或開展全部檢測項目來監(jiān)控輕質碳酸鈣的質量。因此，從硬質PVC制品生產(chǎn)企業(yè)實際情況出發(fā)，尋找一種比較方便實用的方法來評價輕質碳酸鈣質量，對于硬質PVC制品的質量控制十分重要。本研究提出通過檢測沉降體積、色相、表觀密度指標來評價輕質碳酸鈣質量，為輕質碳酸鈣的選用和檢測提供可靠的參考依據(jù)。
1 輕質CaCO3的檢測方法
1．1 沉降體積的檢測
沉降體積測試的原理是依據(jù)不同粒徑、不同密度的顆粒在液體中的沉降速度不同，其基本過程是把樣品放到某種液體中制成一定濃度的懸浮液，懸浮液中的顆粒在重力或離心力作用下發(fā)生沉降，顆粒大的、密度大的沉降速度較快，沉降體積??；顆粒小、密度小的沉降速度較慢，沉降體積大。硬質PVC產(chǎn)品加工中常用的CaCO3有輕質CaCO3和重質CaCO3，輕質CaCO3 是通過化學方法生產(chǎn)的，密度2.4~2.7 ；重質CaCO3 是通過對碳酸鈣礦石粉碎和研磨等物理機械方法生產(chǎn)的，密度2.7~2.95。在塑料成型加工過程中重質CaCO3對加工機械設備的磨損較輕質CaCO3 嚴重，尤其是對擠出機機筒、螺桿磨損很大。通過測定碳酸鈣的沉降體積可以簡單判定其為輕質CaCO3或重質CaCO3，也間接表征了碳酸鈣的顆粒形態(tài)、粒徑分布。選取6個廠家生產(chǎn)的碳酸鈣進行沉降體積試驗，結果見表1。
從表l中可以看出，廠家4、廠家5的CaCO3 的沉降體積最低分別為1.9 mg/L、2.1 mg/L，而HG/T 2226—2000《工業(yè)沉淀碳酸鈣》中對合格品的要求是：沉降體積≥2.4 mg/L，由此可以說明，廠家4、廠家5的CaCO3 可能為重鈣或部分摻有重鈣；廠家1、2、3的CaCO3 的沉降體積都滿足HG/T 2226—2000中合格品的要求；而廠家6的CaCO3 的沉降體積最高為3.9 mg/L，遠遠超過了HG/T 2226—2000中優(yōu)等品>2.8 mg/L的要求。輕質碳酸鈣的沉降體積高，說明其顆粒較小、粒子聚集松散、間隙大，這種碳酸鈣與PVC共混時分散較快。
1．2 碳酸鈣色相的檢測
在硬質PVC制品加工過程中，除碳酸鈣粉體的白度外，碳酸鈣的色相也是一個關鍵問題，尤其是對一些添加碳酸鈣較多的白色制品配方體系，碳酸鈣的色相直接影響到產(chǎn)品顏色及色差，造成塑料制品顏色不鮮艷、光澤度差，如白色PVC~U管材、異型材的生產(chǎn)中，生產(chǎn)廠家過程控制中應保證產(chǎn)品外觀顏色色澤均勻，白色制品應控制產(chǎn)品外觀不允許有明顯的偏青、偏灰、偏紅等現(xiàn)象。有的PVC~U白色制品生產(chǎn)廠家為了使產(chǎn)品白度提高，常常添加熒光增白劑，以達到增白白度的效果。但是，由于熒光增白劑中往往含有雙鍵，容易引發(fā)樹脂中形成不穩(wěn)定分子鏈結構，在高溫、高剪切下易發(fā)生分解反應，如果熒光增白劑的品種選擇不當或添加份數(shù)過量，不但使PVC產(chǎn)品老化加快分解發(fā)黃，使產(chǎn)品老化性能下降，還會出現(xiàn)PVC加工過程中的不易分散或凝聚結團現(xiàn)象。
輕質碳酸鈣的色相有：紅相、黃相、青相、灰相、紅黃相等，輕質CaCO3。的色相與粉體白度都與輕質CaCO3 的生產(chǎn)工藝及控制過程有關系，一般與輕質CaCO3 粉體的顆粒大小、粒徑分布無關。
碳酸鈣色相的檢測是將PVC、CaCO3 、復合穩(wěn)定劑按照100：25：4.0的比例進行熱混合后制成干混合料，通過轉矩流變儀對干混合料進行捏合，物料塑化出現(xiàn)塑化峰后停止試驗，觀察PVC混合物塑化料的外觀顏色，是否有明顯的偏青、偏灰或偏紅等現(xiàn)象。表2為5個廠家的輕質CaCO3 的粉體白度和添加25份時的色相，其中廠家2、4的CaCO3 粉體白度最高，但其色相為明顯的灰色，而廠家1、3、5的粉體白度比廠家2、廠家4的低，但其色相較好，說明CaCO3 粉體的白度與碳酸鈣的底色并沒有直接關系。
HG/T 2226—2000《工業(yè)業(yè)沉淀碳酸鈣》中對優(yōu)等品的白度要求為：≥90.0度，而依據(jù)此要求并不能真正滿足白色PVC~U制品生產(chǎn)企業(yè)的要求，如表2中可見：5個廠家輕質CaCO3 的粉體白度都滿足HG/T 2226—2000中優(yōu)等品的要求，但廠家2、4、5的碳酸鈣色相都不合格。碳酸鈣色相的顏色偏青、偏灰或偏紅等都會直接影響白色PVC硬制品的外觀相應地偏青、偏灰或偏紅。所以，生產(chǎn)企業(yè)應監(jiān)控輕質CaCO3 的色相。
1．3 表觀密度的檢測
粉體表觀密度是指未壓縮下單位粉體體積的質量。輕質碳酸鈣粉體屬于多孑L性顆粒聚集體，其表觀密度反映了顆粒聚集狀態(tài)和孔隙狀態(tài)。碳酸鈣的加工性能往往與碳酸鈣的顆粒特性有一定關系，而與碳酸鈣顆粒特性直接有關的粒度分布、孔隙率、孔徑和孔徑分布、比表面積、密度分布、顆粒形態(tài)等數(shù)據(jù)，對輕質碳酸鈣的使用企業(yè)檢測有一定的困難，但與CaCO3 顆粒間接特性有關的表觀密度，其檢測依據(jù)聚氯乙烯樹脂的表觀密度檢測方法 ，其檢測設備簡單、容易操作，PVC硬制品生產(chǎn)企業(yè)可以比較容易檢測。
表3為6個廠家的非活性碳酸鈣的表觀密度值，其中廠家5、6的碳酸鈣為重鈣。從表3中看出：廠家5、6生產(chǎn)的重鈣的表觀密度最高，遠遠高于其他幾個廠家；廠家1、2、3的輕質碳酸鈣的表觀密度相對比較接近，其中廠家1的表觀密度最小，接近于納米級碳酸鈣的表觀密度0.28 g/cm3，說明其顆粒尺寸較小，比較均勻；而廠家4的碳酸鈣的表觀密度明顯比廠家1、2、3的輕質碳酸鈣的表觀密度大，說明其碳酸鈣體積相對較小，有可能摻有一定數(shù)量的重質碳酸鈣大粒子。對于PVC硬制品生產(chǎn)加工來說，碳酸鈣加入到PVC中增容、降價，應保證CaCO3 的表觀密度在一定的范圍內(nèi)，可以減少顆粒聚集孔隙率，吸收助劑的能力強，加工性能好，對提高PVC硬制品的質量有好處。因此，PVC硬制品生產(chǎn)企業(yè)應該從材料的加工性能、生產(chǎn)工藝與設備等方面考慮，確定適合企業(yè)的輕質碳酸鈣表觀密度指標控制范圍。
2 結論
通過對輕質CaCO3 的性能指標檢測研究可以看出：CaCO3的沉降體積、色相和表觀密度可以簡單鑒別輕質碳酸鈣與重質碳酸鈣，影響各種助劑與其分散的程度及效果，影響到PVC硬質品的加工性能和外觀顏色。輕質CaCO3 的化工行業(yè)標準HG/T 2226—2000中的碳酸鈣含量、鹽酸不溶物、篩余物、白度、水溶物、鐵含量等檢測項目相對較多，對PVC硬制品的生產(chǎn)企業(yè)來講，不易直接方便應用。而輕質CaCO3，的沉降體積、色相、表觀密度等檢測項目容易操作、方便實用，PVC硬制品生產(chǎn)企業(yè)應針對生產(chǎn)加工情況重點監(jiān)控，同時應將不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的輕質CaCO3，的沉降體積、表觀密度、色相指標分別存檔，作為監(jiān)控輕質CaCO3 質量的參考依據(jù)。
來源：中國粉體技術網(wǎng)
來源：中國粉體技術網(wǎng)
