利用碳酸鈣粉體提高PP吹塑薄膜性能技術(shù)介紹
先進(jìn)的吹塑薄膜擠出生產(chǎn)線能夠加工各種原料，如：聚烯烴、阻隔層和增粘樹脂，以及各種添加劑，如母料和生物聚合物。一般來說，這些樹脂都可以用作料粒，它們可以在反應(yīng)器里生成或在送入轉(zhuǎn)換器之前經(jīng)過二道工序與添加劑混合。薄膜制造商將這些樹脂、添加劑和母料混合，可生產(chǎn)各種多達(dá)11層的吹塑薄膜。礦物改性劑為薄膜的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)提供了機會。同時，聚烯烴薄膜的機械性能也得到了改善，厚度也大大降低。其中，碳酸鈣（CaCO3）是最常用的礦物改性劑之一。 CaCO3通常以母料的形式加入聚烯烴。但是，一些特殊的生產(chǎn)線可直接將CaCO3粉末加入管道和聚丙烯片材。
Evolution三層超融合生產(chǎn)線利用大量的CaCO3粉末生產(chǎn)用于泥土包裝的黃色/黑色薄膜
（圖片來源：萊芬豪舍）
（圖片來源：萊芬豪舍）
利用德國沃姆斯的萊芬豪舍吹塑薄膜有限公司最新研發(fā)的Evolution超融合技術(shù)，制造商已能將CaCO3粉末直接加入吹塑薄膜加工生產(chǎn)線。這些集成了超融合技術(shù)的生產(chǎn)線均配備一個特殊的同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機REItruder（圖1），并且被設(shè)計成單層生產(chǎn)線或配備兩個標(biāo)準(zhǔn)擠出機用于生產(chǎn)超薄表層的三層生產(chǎn)線。
圖1 REItruder（特殊的同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機）裝在Evolution三層吹塑薄膜生產(chǎn)線上
（圖片來源：萊芬豪舍）
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高精度的粉末加料系統(tǒng)和REItruder經(jīng)過改造的混合螺桿元件確保了聚合物熔體（圖2）的最優(yōu)填料分布。此外，高效的真空脫氣系統(tǒng)可用于去除原料中的水分。
圖2 利用超融合技術(shù)生產(chǎn)的吹塑薄膜的SEM，中間層含35%的CaCO3（此處使用瑞士奧夫特林根Omya International AG公司制造的Omyafilm707-AV）在中間層 （圖片來源：Omya）
CaCO3是塑料工業(yè)中最重要的礦物，同時也是消耗量最大的礦物，因為它可應(yīng)用于多個領(lǐng)域。無論是最簡單的應(yīng)用還是最復(fù)雜的應(yīng)用，CaCO3均可加入多種聚合物，包括聚烯烴、PVC以及生物聚合物、聚苯乙烯和聚氨酯。
CaCO3是一種常見的礦物，約4%的大陸地殼均由它組成，其形態(tài)可能是白堊巖、石灰石或大理石。巖石從采石場采取，然后通過碾磨變成粉末，再經(jīng)過打漿和表面處理等步驟，即可用于塑料領(lǐng)域的多種用途。由于大量的CaCO3沉積，這種礦物被認(rèn)為是幾乎無法消滅的原料來源。
但是，值得注意的是，選擇正確的CaCO3粉末類型是在塑料應(yīng)用中獲得出色表現(xiàn)的前提，如：正確的特定粒度分布、高純度和優(yōu)化的表面處理。
CaCO3為什么適用于吹塑薄膜？
除了抗粘連性，碳酸鈣還具有各種各樣的性能，如：更高的機械性能和光學(xué)特性以及其他與節(jié)約成本相關(guān)的特定功能。
此外，它還能改變聚合物熔體的物理特性。與未填充的聚烯烴相比，CaCO3擁有更高的密度、熱導(dǎo)率和更低的熱容量，并能在擠出工藝中保持固體形態(tài)。因此，由此得出的主要特點是：
● 增加擠出機的產(chǎn)量
● 減少熔體壓力和擠出機扭矩
● 提高效率并加快膜泡的冷卻速度
● 熔體勻化作用
總之，在吹塑薄膜生產(chǎn)線里加入CaCO3是一個提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量的簡單有效的方法。
改善薄膜性能
在半結(jié)晶聚合物基體里加入精細(xì)的經(jīng)過表面處理的CaCO3改善了吹塑薄膜的性能，如：
● 增加剛度
● 提高落錘耐沖擊性能
● 防粘連效果
● 提高抗撕裂蔓延性（埃爾曼多夫）
● 改善阻隔性能
● 略微增加表面張力
● 未拉伸：提高薄膜密度
● 拉伸：降低密度，必要時還有滲透作用
上述聚合物性能的變化幅度在很大程度上取決于薄膜成分、薄膜厚度、礦物含量以及CaCO3類型。
CaCO3成功應(yīng)用于吹塑薄膜的實例包括購物袋、背心袋、垃圾袋、紙狀薄膜，農(nóng)用薄膜、重型包裝袋以及背板薄膜。
降低配方成本
CaCO3的加入提高了薄膜密度，因此有必要降低薄膜厚度以保持恒定的薄膜重量，即所謂的向下計量。值得注意的是，這種增長與礦物含量不存在線性關(guān)系。例如：CaCO3含量為30%，薄膜厚度僅需減少20%即可保持薄膜的重量恒定。
提高可持續(xù)性
整個工藝鏈還額外節(jié)省了能源。通過混合CaCO3粉末，超融合技術(shù)還提供了更高的可持續(xù)性。該工藝在擠出過程中節(jié)省了熱能，因為這些礦物具有比聚合物顯著更低的比熱。從這一結(jié)果來看，該技術(shù)能夠顯著降低產(chǎn)品的碳排放量及其對環(huán)境的影響。
直接加料的優(yōu)勢
CaCO3的直接加料能夠大量節(jié)省原料成本，其節(jié)約成本的潛力可見圖3，該圖以約1100歐元/噸的聚合物價格為基礎(chǔ)。
圖3 在吹塑薄膜里加入CaCO3同時保持薄膜重量不變帶來的成本節(jié)約潛力（詳細(xì)信息請見第4章節(jié)） （圖片來源：萊芬豪舍）
橙色區(qū)域展示了使用母料帶來的節(jié)約潛力，對應(yīng)母料的價格是550-900歐元/噸。 綠色區(qū)域展示了利用Evolution超融合技術(shù)在直接擠壓過程中直接加入CaCO3粉末帶來的材料成本節(jié)約潛力。這項技術(shù)非常有利可圖，尤其是填料水平要求非常高并且擠出生產(chǎn)線產(chǎn)量非常重要之時。 直接擠出解決方案的另一優(yōu)勢是有機會直接添加其它礦物，如TiO2，使成本節(jié)約效果更加顯著。
此外，在某些向下計量不可行的情況下，CaCO3的直接擠出仍具備成本節(jié)約潛力以及通過礦物的加固作用改善機械性能的效果。
結(jié)語
Evolution超融合技術(shù)提供了將大量CaCO3粉末成功加入吹塑薄膜的機會。通過替換更昂貴的聚合物樹脂，它還具有顯著的成本節(jié)約潛力。CaCO3對薄膜性能的積極影響使薄膜向下計量成為可能。此外，它還能顯著減少薄膜的碳排放量。
來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng)
