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納米碳酸鈣K-A800
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納米碳酸鈣K-A800在亮黑硅酮密封膠中的應(yīng)用
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中性硅酮密封膠是以聚二甲基硅氧烷為主要原料，輔以交聯(lián)劑、填料、增塑劑、偶聯(lián)劑、催化劑、色漿等在真空狀態(tài)下混合而成的膏狀物，有多種顏色，常用的顏色有黑色、瓷白、透明、銀灰、灰、古銅等。其中，顏色鮮艷、外觀閃亮的亮黑色膠和閃銀色膠在不銹鋼門窗等領(lǐng)域備受客戶親睞。中性亮黑硅酮密封膠的填料體系目前主要有3種：一是采用氣相二氧化硅加炭黑色漿；二是直接采用純炭黑；三是在上述兩種配方體系中添加一定比例的納米碳酸鈣以降低生產(chǎn)成本。在此，將最新研發(fā)的、目前市場上粒徑最小的納米碳酸鈣K-A800與氣相二氧化硅進(jìn)行對比，探討了在中性亮黑硅酮密封膠應(yīng)用領(lǐng)域納米碳酸鈣替代氣相二氧化硅的可行性與經(jīng)濟(jì)性。 氣相二氧化硅是亮黑硅酮密封膠最常用的一種填料，其補(bǔ)強(qiáng)作用受粒徑、比表面積和結(jié)構(gòu)的影響，一般是粒徑越小，比表面積越大，結(jié)構(gòu)越規(guī)整，補(bǔ)強(qiáng)效果越好，所制得的密封膠的強(qiáng)度和硬度越高。目前市面上常見的氣相二氧化硅用于中性亮黑硅酮密封膠存在的最主要的問題是分散困難，同時價格昂貴。
粒徑在5～20 nm之間的納米碳酸鈣，對硅酮密封膠的補(bǔ)強(qiáng)效果與氣相二氧化硅相當(dāng)，可以部分或大部分替代價格昂貴的碳黑和氣相二氧化硅。但是，目前國內(nèi)的納米碳酸鈣質(zhì)量參差不齊，尤其是在晶體生長控制技術(shù)方面，真正能實現(xiàn)晶體規(guī)整化預(yù)期生長的產(chǎn)品更是鳳毛麟角。常規(guī)的納米碳酸鈣產(chǎn)品由于晶體形態(tài)和粒徑的限制，會顯著降低色漿的使用效果，無法應(yīng)用在中性亮黑硅酮密封膠中。
納米碳酸鈣K-A800是一種高端納米碳酸鈣產(chǎn)品，立方體晶型，平均一次粒徑為15~20 nm，比表面積為（100±5） m2/g，具有晶體規(guī)整、粒徑小且分布均勻、比表面積高、分散性好等優(yōu)點(diǎn)，為目前市場上粒徑最小的納米碳酸鈣。納米碳酸鈣K-A800的晶體特性見表1，產(chǎn)品主要性能指標(biāo)見表2。
表1 晶體特性
表2 產(chǎn)品主要性能指標(biāo) 納米碳酸鈣K-A800采用偶聯(lián)劑及其他高分子材料進(jìn)行表面復(fù)合處理，可同時滿足補(bǔ)強(qiáng)性、配伍性、加工性3方面的要求，用于中性亮黑硅酮密封膠中，具有高強(qiáng)度、高回彈、低密度、光亮度好等特點(diǎn)，可替代高比表面積的增強(qiáng)劑如炭黑、氣相二氧化硅等。
對市場上不同種類的納米碳酸鈣與納米碳酸鈣K-A800進(jìn)行掃描電鏡分析對比，結(jié)果見圖1—2。可以看出，納米碳酸鈣K-A800異于普通納米碳酸鈣，尺寸為十幾納米的粒子相互結(jié)合在一起，形成了類似于炭黑的三維空間聚集體結(jié)構(gòu)，且這種結(jié)構(gòu)牢度適中，處于高結(jié)構(gòu)炭黑與低結(jié)構(gòu)炭黑之間，既滿足了高補(bǔ)強(qiáng)、高分散的需求，同時又具有更高的著色力和光澤度。因此，相比氣相二氧化硅，納米碳酸鈣KA-800在硅酮密封膠體系中更易潤濕和分散。 圖1 K-A800（左）、日本白石產(chǎn)品（右） 電鏡照片
圖2 市購較好產(chǎn)品（左）、一般產(chǎn)品 （右）電鏡照片
根據(jù)粉體的不同性質(zhì)，設(shè)計了3種不同的應(yīng)用配方，以考察納米碳酸鈣K-A800和常規(guī)納米碳酸鈣在亮黑硅酮密封膠中替代氣相二氧化硅的可行性。其中，基料的配方見表3，硅酮密封膠的配方見表4，性能檢測結(jié)果見表5。
表3 基料的配方
表4 黑亮硅酮密封膠的配方
表5 性能檢測結(jié)果 可以看出，配方二及配方三用納米碳酸鈣與黑色漿混合制備亮黑硅酮密封膠，成品膠拉伸強(qiáng)度有所提高。分析原因，應(yīng)該是納米碳酸鈣有更低的吸油值，為了調(diào)整膠的稠度及擠出性，納米碳酸鈣的用量要比氣相二氧化硅大。但市購納米碳酸鈣影響了亮黑硅酮密封膠的亮度，使其表面不夠光亮，無法單獨(dú)充當(dāng)填料使用。采用氣相二氧化硅作為填料時，由于加工困難，加入的填料用量受限，成品膠的觸變性較差，且對鋁材粘結(jié)效果不好。而納米碳酸鈣K-A800由于具有與炭黑類似的結(jié)構(gòu)，且經(jīng)過復(fù)合表面處理劑改性處理，在亮黑硅酮密封膠體系中具有良好的相容性和分散性，試驗過程中體現(xiàn)出來的吃粉速度明顯比氣相二氧化硅快很多，加工性得到了顯著改善。此外，納米碳酸鈣K-A800的粒徑在20 nm以下，遮蓋性小，基本不影響亮黑膠的亮度，與氣相二氧化硅效果相當(dāng)，且具有明顯的補(bǔ)強(qiáng)和粘結(jié)效果。
總結(jié)啦
優(yōu)選設(shè)備及工藝，合成了一次粒徑為10~20 nm的納米碳酸鈣產(chǎn)品K-A800，比表面積達(dá)到100 m2/g以上，具有晶體規(guī)整、粒徑小且分布均勻、比表面積高、分散性好等優(yōu)點(diǎn)。將該納米碳酸鈣與氣相二氧化硅進(jìn)行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，納米碳酸鈣K-A800兼具補(bǔ)強(qiáng)性、配伍性和加工性，可替代或部分替代價格昂貴的氣相二氧化硅，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。同時，粒徑超過20 nm的納米碳酸鈣具有一定的遮蓋性，不適用于亮閃系列中性硅酮密封膠。
