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塑料用碳酸钙如何改性效果最好?
发布时间:2020-05-15 17:08:22 点击次数:
碳酸钙作为塑料常用的粉体材料具有许多其他粉体材料所不具备的优点,如白度高、易表面有机化处理、对加工设备及模具的磨损轻、成型加工流动性好等,加之资源丰富、价格低廉,成为塑料加工行业首选的无机矿物粉体材料。
未经表面处理的碳酸钙与树脂的相容性较差,容易造成在高聚物基料中分散不均从而造成复合材料的界面缺陷,降低材料的机械强度,且随着用量的增加,这些缺点更加明显。因此,必须要进行表面改性,通过表面改性,可增大碳酸钙与有机体的界面相容性及亲和性,从而提高其与橡胶或塑料等复合材料的物理性能。
1、表面改性剂
表面处理剂种类繁多,但真正使用量大的商品化的表面处理剂主要有硬脂酸、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂三大类,此外还有硅烷偶联剂和磷酸酯偶联剂等。
(1)碳酸钙表面处理剂的选择硬脂酸最便宜,而且对聚氯乙烯塑料来说比较适合,因为硬脂酸除了可使碳酸钙的表面有机化外,还可以作为聚氯乙烯的外润滑剂使用。对聚烯烃塑料来说,硬脂酸也可以用来处理碳酸钙,但用量较大,且因无化学反应仅起包覆作用,故整体效果不如偶联剂。几种偶联剂都可用于碳酸钙表面处理,但各具特点。
钛酸酯偶联剂多为液态,易分布开来,但通常颜色较深,在要求白度高的产品中不适合;
铝酸酯价格比钛酸酯便宜一些,颜色呈白或淡黄色,利于做白色制品,但通常为固态腊状,熔融和分布开来需要足够的时间;
硅烷偶联剂十分昂贵,而且由于分子结构上柔性碳链少且短,对填充塑料的加工流动性有影响。在选择表面处理剂时要同时考虑价格、效果两个方面,特别要从处理好的碳酸钙将用于哪一种塑料和制品方面考虑并决定。
(2)偶联剂的使用使用偶联剂最关键的问题是要让它以最快的速度到达碳酸钙的每一个颗粒并与之发生化学反应形成化学键合。这就要求一是要在高速运动状态下分布开来,二是要有适当的温度利于化学反应的进行。此外还有一个氢质子(H+)的来源问题,如果碳酸钙中水分含量高,偶联剂有可能与水先进行反应(H+由H2O来提供),而不是与碳酸钙表面上的羟基反应,那么表面处理的目的就不能达到了。
因此,必须要保证快速分布、温度适宜和不含水分三个条件,才能发挥出偶联剂应有的作用。至于是否应先溶于溶剂,是否一定要以喷雾形式加入到处理设备中,一定要分批分次投入,经实践表明这些并不重要。
 
2、表面处理设备
现在使用的高速混合机本来不是为粉体材料表面处理而设计制造的,而是为聚氯乙烯树脂预塑化而设计制造的,因此它并不是天然地适用于粉体表面处理的设备,这对于包括碳酸钙在内的粒度较小的粉体材料就更不适应。
近几年来塑料加工设备制造企业已经根据我们的要求做了重大改造,因此在购买高速混合机时一定要声明是用于粉体表面处理的。
对于改性塑料加工企业,往往自行进行碳酸钙的表面处理,一是配方可灵活掌握,二是可将碳酸钙表面处理和下游工序串联在一起,因此他们的重点在于改造现有的高速混合机,使之更适合于自己的工艺要求。
而对于生产大批量活性碳酸钙的生产企业,有必要考虑使用处理量大且连续生产的,对环境和工人操作条件都比较好的表面处理设备。如SLG型粉体表面改性机是由原武汉工业大学北京研究生部与江阴市启泰非金属工程有限公司合作研制开发的,专门针对超细粉体表面改性或表面处理的一种连续干式粉体表面改性机。
 
3、表面改性效果评价
由于对粉体颗粒表面处理的机理和实际情况还不是十分清楚,还由于有些情况下表面处理是在塑料加工过程中原位进行的,因此对于粉体表面状态是否已经达到预期的要求,很难判断。
最简单的办法是看已表面处理的粉体材料能否漂浮在水面上,杯中的水是否混浊。再进一步可通过测定沉淀的粉体数量计算活化率。这种判断仅能算是粗浅的一种定性的判断。因为我们不知道粉体颗粒是否团聚了,团聚体内层的颗粒是否也已得到有机化了,以及不亲水是否就一定能和塑料基体大分子能形成良好的相界面了,最直接的方法就是检测制品性能。
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