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碳酸鈣質(zhì)量指標(biāo)對改性母料的影響

來源：塑料五金網(wǎng)發(fā)布時間：2013-09-03 09:39:16點擊率：

 

　　摘 要： 重質(zhì)碳酸鈣已成為塑料改性母料的重要無機(jī)材料，重質(zhì)碳酸鈣的質(zhì)量指標(biāo)直接 決定改性母料的質(zhì)量，并影響在塑料制品中的應(yīng)用效果，本文對碳酸鈣在塑料 改性母料中應(yīng)用概況及質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行了闡述。

　　關(guān)鍵詞： 質(zhì)量 指標(biāo) 改性母料 影響

　　1 前 言

　　塑料已成為世界上四大通用材料 (鋼鐵、木材、水泥、塑料) 之一，我國的塑料 產(chǎn)量按體積計算已超過鋼鐵，位居首位。隨著塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，越來越多 的塑料制品需要填充、共混、增強(qiáng)等改性工藝，以滿足對塑料制品的使用要求。而重質(zhì) 碳酸鈣以質(zhì)輕、價廉、資源豐富、加工方便等優(yōu)勢，廣泛用于塑料制品的填充改性，我 國塑料行業(yè)的重質(zhì)碳酸鈣需求量在150萬t/a以上。

　　我國碳酸鈣分布較廣，四川、廣西、云南、貴州、湖北、湖南、浙江、河南、華 北、東北等地均有礦產(chǎn)資源，由于碳酸鈣礦產(chǎn)資源品位的差異，碳酸鈣的化學(xué)組分也有 所不同。碳酸鈣的質(zhì)量直接影響了塑料改性母料生產(chǎn)應(yīng)用及塑料制品的質(zhì)量。本文綜合 全國主要產(chǎn)地的碳酸鈣質(zhì)量指標(biāo)，對在塑料改性母料中的應(yīng)用狀況作一分析，供大家 參考。

　　2 碳酸鈣在塑料改性母料中的應(yīng)用

　　2.1 碳酸鈣在塑料改性母料中的應(yīng)用概況

　　碳酸鈣已成為塑料改性母料的重要無機(jī)填充改性材料。目前，聚丙烯、聚乙烯等烯 烴樹脂中有80%左右的制品添加無機(jī)材料，重質(zhì)碳酸鈣主要用于扁絲、打包帶、管材、 電纜填充繩、包裝膜、購物袋、垃圾袋等制品的填充改性。在聚苯乙烯、丙烯腈-丁二 烯-苯乙烯共聚物的片材、包裝材料、注射制品等方面也得到應(yīng)用，在聚氯乙烯裝飾材 料、型材、管材等產(chǎn)品中已代替輕質(zhì)碳酸鈣。

　　2.2 碳酸鈣在塑料改性母料中的應(yīng)用優(yōu)勢

　　碳酸鈣已成為塑料改性母料中的重要添加無機(jī)材料，它的一般應(yīng)用量占到改性母料 重量的70%～85%。碳酸鈣作為填充改性材料應(yīng)用在塑料中有很多優(yōu)點，參見無機(jī)礦 物材料在塑料中的應(yīng)用一文。

　　2.3 碳酸鈣在塑料改性母料中的應(yīng)用效益

　　碳酸鈣在塑料加工工業(yè)中的應(yīng)用帶動了礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用。碳酸鈣的深加工使大 量的天然礦產(chǎn)資源彰顯出明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。碳酸鈣經(jīng)過精細(xì)加工，不但成為 高附加值的工業(yè)產(chǎn)品，也是塑料行業(yè)降低生產(chǎn)成本、改善塑料制品性能、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì) 效益的新途徑，也為國家節(jié)約了石油資源。

　　塑料加工企業(yè)使用含有碳酸鈣的改性母料，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益顯著增加，碳酸鈣的價 格300元/t～1000元/t，是塑料原材料價格的5%～20%，特別是合成樹脂價格大幅 上漲，使用無機(jī)改性材料，是塑料加工企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的有效措 施之一。

　　由于碳酸鈣是無機(jī)礦物材料，添加在高分子材料中，可改善塑料制品的某些物理性 能 (如手感、外觀、收縮率等)，還可使高分子材料的分子微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，促進(jìn)分 子鏈分解斷裂，達(dá)到塑料制品使用廢棄后，能夠在自然環(huán)境中自行降解，消除或減緩塑 料對自然環(huán)境造成的 “白色污染”。

　　3 碳酸鈣質(zhì)量指標(biāo)對塑料改性母料的影響

　　我國碳酸鈣礦產(chǎn)資源豐富，全國20多個省市都有礦產(chǎn)儲藏，由于我國各地地質(zhì) 礦產(chǎn)差異，碳酸鈣含量、粒徑、形狀、雜質(zhì)含量等質(zhì)量指標(biāo)也有很大不同。因碳酸 鈣的用途不同，對碳酸鈣的質(zhì)量指標(biāo)也有不同要求。到目前為止，我國尚沒有國家 統(tǒng)一的塑料中應(yīng)用的碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。中國塑料加工工業(yè)協(xié)會改性塑料專業(yè)委 員會曾于1996年在河北省邢臺市召開有關(guān)碳酸鈣在塑料中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)會議，經(jīng)過收集 全國數(shù)十個不同產(chǎn)地的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)過專家認(rèn)真研討并進(jìn)行了綜合分析， 終因產(chǎn)地、地質(zhì)、礦產(chǎn)等自然條件限制，在客觀指標(biāo)上存在差異，難以形成統(tǒng)一質(zhì) 量體系指標(biāo)而告終。

　　綜合全國各地的碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，結(jié)合改性母料生產(chǎn)廠家的使用要求以及作者 多年的應(yīng)用經(jīng)驗，對碳酸鈣的質(zhì)量指標(biāo)現(xiàn)提出一些看法，供大家商討。

　　3.1 碳酸鈣的鈣含量對塑料改性母料的影響

　　鈣含量是碳酸鈣的重要質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)。改性母料對碳酸鈣的鈣含量要求較高，一般 在98%以上。鈣含量越高，碳酸鈣的加工性能越穩(wěn)定。當(dāng)鈣含量較低時，就會增加重 金屬和其他非金屬等雜質(zhì)含量，不但影響碳酸鈣的使用，還會影響加工工藝，波及產(chǎn)品 質(zhì)量或?qū)庸ぴO(shè)備造成危害等。

　　3.2 碳酸鈣的白度對塑料改性母料的影響

　　碳酸鈣的白度直接影響改性母料的白度及著色性。改性母料對碳酸鈣的白度要求非 常嚴(yán)格，十幾年前生產(chǎn)廠家對400目的碳酸鈣白度要求一般在92%～93%，隨著改性 母料的用途越來越廣泛，對碳酸鈣的白度要求越來越高。目前，400目的碳酸鈣白度要 求要達(dá)到95%以上，有的礦石加工的碳酸鈣白度可達(dá)到97%左右。有些改性母料生產(chǎn) 廠家為了使產(chǎn)品白度提高，常常添加熒光增白劑，已達(dá)到增加白度的效果。但是由于熒 光增白劑的化學(xué)組分在高溫、高剪切下易發(fā)生分解反應(yīng)，如果熒光增白劑的品種選擇不 當(dāng)或添加份數(shù)過量，不但使產(chǎn)品分解發(fā)黃，還會出現(xiàn)不分散或凝聚結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。

　　碳酸鈣的白度直接關(guān)系改性母料白度，還會影響塑料制品的著色性，造成塑料制品 顏色不鮮艷、光澤度差等。所以，碳酸鈣的白度也是不可忽視的重要技術(shù)指標(biāo)。

　　3.3 碳酸鈣的水分含量對塑料改性母料的影響

　　碳酸鈣的原材料—天然大理石、方解石等，一般不含結(jié)構(gòu)水。在加工成超細(xì)粉體 后，在加工、儲運過程中容易受潮吸濕水分。碳酸鈣中有時會含有微量的易揮發(fā)物，這 些物質(zhì)如果含量過高時，會對改性母料和塑料制品造成影響。

　　水分及易揮發(fā)物含量在碳酸鈣中一般控制在0.3%左右，聚烯烴填充母料QB/T 1126—1991國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，含水量在0.5%以下。但在實際應(yīng)用時，產(chǎn)品中水分含 量0.3%時，就易出現(xiàn)產(chǎn)品表面粗糙、氣泡、燒焦、分解等現(xiàn)象。所以控制好水分含量 對改性母料的質(zhì)量非常重要，常用的辦法是采用高速混合機(jī)加熱干燥處理來消除水分。 在碳酸鈣高含量填充改性母料生產(chǎn)中，有條件的盡量避免采用水槽浸潤拉條切粒和水環(huán) 造粒等工藝，采用履帶傳動網(wǎng)式干法切粒工藝和磨面熱切造粒工藝，可在提高生產(chǎn)產(chǎn)量 的前提下， 大限度的減少改性母料的水分及易揮發(fā)物的含量，能夠保證改性母料的產(chǎn) 品質(zhì)量。

　　3.4 碳酸鈣的粒度分布對塑料改性母料的影響

　　碳酸鈣的粒度分布是改性母料的重要質(zhì)量控制指標(biāo)。無機(jī)礦物粉體的粒度分析常用 較為簡單的篩分方法，篩分方法中常用的規(guī)格用“目” 表示。所謂目數(shù)即是每一英寸 篩網(wǎng)上所具有的篩孔個數(shù)。但比較準(zhǔn)確科學(xué)的粒度分析方法，采用測量粒徑的實際尺 寸，用微米(μm) 表示。篩網(wǎng)目數(shù)與顆粒粒徑的關(guān)系見下表1。

　　表1 篩網(wǎng)目數(shù)與粒徑換算對照表

篩網(wǎng)/目

粒徑/μm

篩網(wǎng)/目

粒徑/μm

篩網(wǎng)/目

粒徑/μm

100

180

200

250

165

83

74

61

325

425

500

625

47

33

25

20

800

1250

1500

2500

15

10

8

5

　　篩分法是一種 傳統(tǒng)的粒度分析方法，即將分散性較好的超細(xì)粉體用一定目數(shù)的篩 子過篩，篩下通過與過篩粉體的重量之比即為過篩率。常用的標(biāo)準(zhǔn)篩 細(xì)的有25μm (相當(dāng)于500目)，新的電沉積篩網(wǎng)可篩分小到5μm (2500目) 的粉體，但篩分時間 長，易發(fā)生堵塞。對于小于10μm (1250目) 的超細(xì)粉體，采用篩分的方法，難以用于 粒度分析和檢測。

　　以上表中看出篩目與粒徑的對稱關(guān)系。在實際應(yīng)用中，碳酸鈣等粒狀材料的粒度分 布范圍有較大波動，粒度分布范圍越窄，材料的性能越穩(wěn)定，粒度分布范圍越寬，材料 的性能越差。例如，1250目的碳酸鈣，粒徑應(yīng)在10μm左右，如果粒度分布于2～ 38μm之間，雖然理論計算平均粒徑可以接近10μm，由于粒徑小，比表面積大，易凝 聚成團(tuán); 而粒徑大會造成制品表面粗糙等現(xiàn)象，所以它的加工性能、力學(xué)性能等都會受 到影響。

　　3.5 碳酸鈣的顆粒形狀對塑料改性母料的影響

　　碳酸鈣的顆粒形狀根據(jù)礦物結(jié)構(gòu)不同，分為多方體、扁平體、多棱體、長方體、長 棒體及其他不規(guī)則體等顆粒形狀。

　　碳酸鈣的顆粒形狀對改性母料的加工工藝、產(chǎn)品質(zhì)量、熔體流動性、力學(xué)性能都有 較大影響。多方體、多棱體、長方體形狀的碳酸鈣在改性母料加工中熔體流動性好，易 與偶聯(lián)劑包覆交聯(lián)，加工設(shè)備磨損相對較小，缺點是改性母料應(yīng)用于塑料制品后，易影 響塑料制品的力學(xué)性能 (如拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等)。

　　扁平狀和長棒狀的碳酸鈣粒子比表面積相對較大，在改性母料中偶聯(lián)劑、增塑劑等 助劑用量需適當(dāng)增加。否則，易造成包覆不均勻、熔體流動性差、主機(jī)功率增大、機(jī)頭 阻力增加、還會產(chǎn)生過熱分解等現(xiàn)象。但這類形狀的物料對塑料制品的物理性能有益， 可提高拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、降低塑料制品的收縮率等。

　　3.6 碳酸鈣的其他組分對塑料改性母料的影響

　　碳酸鈣中化學(xué)組分及金屬雜質(zhì)及其他組分含量對碳酸鈣的質(zhì)量也有一定的影響，在 塑料改性母料及塑料制品中應(yīng)用都將產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。碳酸鈣的典型組分見表2。

　　表2 碳酸鈣典型組分

組 分

含 量

CaCO3

MgO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

重金屬 (鋁、砷、汞等)

98%～99%

≤1.2%

≤0.25%

≤0.12%

≤0.06%

<0.0040%

　　以上組分隨產(chǎn)地的不同、礦石的不同，易產(chǎn)生差異。碳酸鈣中氧化鎂含量一般在 1.2%左右，但氧化鎂硬度小，白度略低于碳酸鈣，化學(xué)穩(wěn)定性、加工性能近似于碳酸 鈣，一般不會對碳酸鈣帶來較大影響。

　　二氧化硅 (SiO2) 屬于天然石英巖，它的比表面積小，流動性好。但二氧化硅的硬 度高 (莫氏硬度7)，對設(shè)備磨損嚴(yán)重，特別是在包覆不均勻或增塑劑用量小時，顯得 尤為突出。如在聚丙烯扁絲生產(chǎn)加工中，對高速分切刀具易產(chǎn)生碰撞而經(jīng)常損壞刀刃影 響生產(chǎn)加工。

　　三氧化二鐵(Fe2O3) 在碳酸鈣中含量雖然很少，與化學(xué)助劑混合加工時易發(fā)生化 學(xué)變化，三氧化二鐵受熱后易分解變黃，影響改性母料的白度及外觀，所以三氧化二鐵 在改性母料中是不可忽視的物質(zhì)。

　　在碳酸鈣中二氧化硅、三氧化二鐵的含量越低，對改性母料的質(zhì)量影響越小，一般 可采用含5%份的鹽酸稀釋溶液在玻璃皿中加入碳酸鈣進(jìn)行化學(xué)分析，觀察溶液中沉淀 物的多少來測定二氧化硅含量，溶液顏色略黃證明三氧化二鐵含量高。

　　4 結(jié) 束 語

　　碳酸鈣在改性母料中得到廣泛應(yīng)用，成為改性母料的重要材料，碳酸鈣的各項質(zhì)量 指標(biāo)直接影響改性母料的質(zhì)量及在塑料制品的應(yīng)用效果，要有選擇性地采用碳酸鈣，是 保證改性母料的質(zhì)量，提高塑料制品的應(yīng)用性能，增加經(jīng)濟(jì)效益的必要手段和重要 保證。

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