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塑料用复配活性碳酸钙的生产、改性及应用

文字:[大][中][小] 2020-6-9    浏览次数:80    

所谓复配碳酸钙产品,通常是指以重质碳酸钙为主体(>50%),配以一定比例的轻质碳酸钙粉体,通过复配改性技术,将轻、重钙混合,联合改性,能很好的平衡轻、重钙差异,兼备二者的优点,在大幅降低产品成本的同时,扩大产品的应用范围,提高产品品质。


1、复配活性碳酸钙生产工艺

基于重钙干法生产工艺,复配活性碳酸钙可采用如下两种工艺:

一是将一定粒度、比例的重钙、轻钙混合研磨→改性→分级;

二是采用重钙、轻钙分别研磨→分级→改性。

其特点为:工艺简单,设备投资小,出料后可以直接包装,特别适用于偶联别对碳酸钙的改性处理工艺。

基于重钙湿法生成工艺,复配活性碳酸钙可采用如下工艺:重钙、轻钙调整至一定浓度的浆料湿法混磨→改性→浆料产品→干燥→干粉产品。

其特点为:湿法活化是在液相状态下处理碳酸钙颗粒,可以均匀地对碳酸钙进行包覆,表面活性剂可以通过位阻效应和双电层效应充分地分散于碳酸钙颗粒表面,使颗粒间的距离增大,在脱水和干燥过程中减轻颗粒的二次凝聚,干燥得到的产品粒度细,堆积密度较小,流动性和分散性均较好。

2、复配活性碳酸钙表面改性方法

改性剂的正确选择,不仅要考虑改性剂与碳酸钙及其配用颜料粉体的亲和混溶性,同时要考虑改性剂与基体的其它化学助剂的混溶性,特别是用于塑料体系的改性钙品与辅料助剂的配伍效应。

目前,复配碳酸钙的表面改性方法主要有表面活性剂改性、偶联剂改性、反应性单体及活性大分子改性、原位聚合法改性等。

(1)表面活性剂改性法

目前,用于改性碳酸钙的表面活性剂种类多,生产能力大,价格低廉,主要可分为脂肪酸(盐)类以及钛酸酯类等两大类。

(2)偶联剂改性法

偶联剂分子的一端为极性基团,可以和碳酸钙表面的羟基进行化学反应,形成稳定的化学键;另一端的非极性基团,则包覆在碳酸钙颗粒表面,使其表面亲油化,可降低颗粒表面自由能,提高与树脂相混性,且赋予复合材料较好的物理、机械性能。目前,用于碳酸钙改性的偶联剂主要有钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂。

(3)聚合物改性法

聚合物可定向地吸附在碳酸钙的表面,使碳酸钙具有电荷特性,并在其表面形成物理和化学吸附层,阴止碳酸钙粒子团聚结块,改善分散性。一般认为,聚合物包膜碳酸钙可分为两类:

一类是先把聚合单体吸附在碳酸钙表面,然后引发其聚合,从而在其表面形成极薄的聚合物膜层;

另一类是将聚合物溶解在适当溶剂中再加入碳酸钙,当聚合物逐渐吸附在碳酸钙表面时排除溶剂形成包膜。

(4)原位聚合改性法

原位聚合法是先将粒子在单体中均匀分散,然后用引发剂引发聚合,粒子或分子均匀地分散在聚合物基体上,形成带有弹性包覆层的核一壳结构的粒子。与传统的填充聚合物材料相比,原位多相聚合保证了填充粒子的均匀分散。

3、复配活性碳酸钙应用中常见的问题及原因分析

复配活性碳酸钙在塑料中经常出现的问题主要体现在粉体的有效分散、制品表面光泽度、制品加工过程中的挤出性能以及色泽的稳定性等方面。

(1)粉体的分散问题

活性剂表面包覆处理不完全、吸油值偏高时,易导致干粉混料时物料粘壁与DOP等增塑剂相容性差,造成混料时间延长;

产品的pH值偏高,特别是偏高达到10以上时,粉体颗粒表面的介电性能发生变化,电荷电量增加,产品明显出现易粘壁、易扬尘、难混料等现象;

重钙能够有效提高加工的流动性,但是如果重钙添加过多、粒度偏大,则易造成母粒表面平整度差,手感粗糙感明显。

(2)制品表面光泽度问题

当粉体颗粒粒度较大时,塑化后在挤出粒料表面明显有较多微小颗粒,表面反光降低,光散射作用使得胶粒表面光泽较差发暗;

由于胶料塑化过程形成乳胶状气泡,胶料挤出冷却后,微小气泡位置形成了空穴,表面变得不平整,光泽度降低;

当物料挤出后表面光泽较好,但当胶料降温存放一段时间后,表面出现“雾面”,主要原因是由于胶料中硬脂酸使用过量,导致部分硬脂酸析出;

制品表面平整性差主要是胶体粘度偏高,流动性差。

(3)挤出性能变差的问题

挤出速度慢是由于碳酸钙粉体填充过量,导致粘度增加、难塑化,造成挤出速度降低;

胶料流动性差主要是由于轻钙粉体颗粒对增塑剂吸附能力较强,以致影响到胶料的正常塑化,从而使塑化时间延长。

(4)色泽的稳定性问题

碳酸钙粉体的本身白度较低和不稳定;

粉体中含少量的氧化物杂质;

碳酸钙粉体的pH值偏高;

碳酸钙粉体的吸油值偏高。

4、复配活性碳酸钙生产要点

为生产高品质复配活性碳酸钙,以满足下游用户的需求,需要注意以下几个要点:

(1)选择优质的原材料

方解石、石灰石应选用高白度、低杂质的原料,控制矿石中的氧化镁含量,以氧化镁含量低于0.5%为最佳。低氧化镁含量可降低粉体的pH值、吸油值。

(2)优化重钙和轻钙的配比比例以及粒径范围

在有效提高胶料的流动性的同时,也能有效改善制品的表面质量。

(3)严格控制粉体在加工过程中所使用的设备材质

一般应选用不锈钢材质,以避免铁锈等杂质混入产品中。尤其是活化设备和干燥设备,必须采用不锈钢材质,以避免因与活性剂(一般略带酸性)接触生锈;干燥设备接触的湿物料容易使碳钢材质设备锈蚀。

(4)碳酸钙粉体表面包覆工艺

当表面包覆(包覆剂添加量不足)时,粉体亲油性能降低,与增塑剂相容性降低,需保证碳酸钙经表面活性剂包覆处理后,得到高的活化度。

来源:史永安,汪瑞俊,李文耀.塑料用复配活性碳酸钙的应用[J].化工管理,2015(28):203-204.


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