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碳酸鈣環(huán)保改性母料的生產(chǎn)工藝

來源：塑料五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2013-09-03 09:43:17點(diǎn)擊率：

 

　　【塑膠五金網(wǎng)】摘 要： 本文介紹了碳酸鈣環(huán)保改性母料的原輔材料的選擇、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo) 及應(yīng)用效益分析等。

　　關(guān)鍵詞： 環(huán)保 改性母料 生產(chǎn)工藝

　　1 前 言

　　塑料制品的廣泛應(yīng)用，已成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、日常生活等方面的重要產(chǎn)品之 一，為社會進(jìn)步、科技發(fā)展、人類文明帶來了其他材料難以替代的方便與實(shí)惠。然而， 由于部分塑料制品，特別是一次性塑料包裝材料在使用后人們隨意丟棄，給自然環(huán)境造 成“白色污染”。消除“白色污染”，使塑料回歸自然，成為環(huán)境友好材料、綠色產(chǎn)品， 已引起國內(nèi)外社會各界的廣泛關(guān)注。

　　由于高分子材料特性所決定，本身難以被自然環(huán)境所消納。近幾年無機(jī)礦物材料超 細(xì)技術(shù)、偶聯(lián)包覆技術(shù)及增強(qiáng)、共混、改性等先進(jìn)填充生產(chǎn)工藝的出現(xiàn)，特別是碳酸鈣 環(huán)保改性母料的應(yīng)用，在保證塑料制品優(yōu)異性能的同時(shí)，大幅度降低塑料制品的成本， 還可使塑料制品在使用廢棄后，易在自然環(huán)境分解。因此，推廣應(yīng)用碳酸鈣環(huán)保母料具 有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益。

　　目前，國內(nèi)碳酸鈣改性母料生產(chǎn)廠家分布在全國二十多個(gè)省市達(dá)數(shù)百家，年生產(chǎn)能 力達(dá)到200萬t/a以上。為了使這一新產(chǎn)品得到更廣泛的推廣應(yīng)用，本文著重就超細(xì)碳 酸鈣改性母料的原輔材料選擇、生產(chǎn)設(shè)備及加工工藝、產(chǎn)品質(zhì)量及應(yīng)用效益等方面作一 介紹，供大家參考。

　　2 碳酸鈣環(huán)保改性母料的原輔材料選擇及主要加工設(shè)備

　　2.1 主要原輔材料的選擇

　　2.1.1 合成樹脂的選擇

　　合成樹脂是決定改性母料質(zhì)量的重要原材料。合成樹脂按質(zhì)量比占母料的份數(shù)根據(jù) 用途不同一般在15%～20%，根據(jù)改性母料用途分為聚丙烯、聚乙烯兩大類，在聚乙 烯類中又分為低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、線形低密度聚乙烯，還有的廠家將幾種烯 烴樹脂材料按不同比例混合使用，產(chǎn)品性能也比較優(yōu)異。

　　選擇樹脂時(shí)，要采用吹塑薄膜級或拉絲級的熔體流動速率在6g/10min以上的樹脂 材料，以獲得不同材料較好的相容性。樹脂的熔體流動速率越小，產(chǎn)品的力學(xué)性能越 好，但相容性越差。

　　2.1.2 碳酸鈣的選擇

　　目前，生產(chǎn)環(huán)保改性母料的廠家多選擇1250目重質(zhì)碳酸鈣，碳酸鈣占改性母料的 70%～85%，1250目的碳酸鈣 大粒徑在10μm左右。采用的碳酸鈣粒徑過細(xì)，在改性 母料加工生產(chǎn)時(shí)，碳酸鈣的粒子之間摩擦產(chǎn)生靜電而形成凝聚，影響顆粒的交聯(lián)包覆， 造成母料在塑料制品中分散不均勻。而碳酸鈣顆粒過大，影響改性母料的力學(xué)性能和在 塑料制品中應(yīng)用效果，特別是在薄膜類及光澤性要求高的塑料制品中形成外觀表面粗 糙、光澤性差、拉伸強(qiáng)度降低、撕裂強(qiáng)度下降等現(xiàn)象。

　　2.1.3 助劑的選擇

　　在環(huán)保改性母料中，各類助劑約占母料的5%，但助劑的品種選擇及應(yīng)用量直接影 響著改性母料的質(zhì)量性能。除了要采用包覆交聯(lián)性好、顏色較白的鋁酸酯偶聯(lián)劑、具有 良好的潤滑流動性的硬脂酸、石蠟等助劑外，選擇適當(dāng)?shù)姆稚?、增塑劑在超?xì)碳酸鈣 改性母料中尤為重要。一般選用適量的聚丙烯蠟、聚乙烯蠟、分散劑等來改善超細(xì)粒子 的凝聚現(xiàn)象。

　　2.2 主要加工設(shè)備

　　2.2.1 高速加熱混合設(shè)備

　　高速加熱混合機(jī)是目前改性母料生產(chǎn)中常用的主要混合設(shè)備，通常以100L、200L、 300L帶加熱冷卻系統(tǒng)雙速攪拌混合機(jī)使用較普遍。高速混合機(jī)具有造價(jià)低、生產(chǎn)效率 高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。高速混合機(jī)中的折流板、攪拌葉槳等裝置，具有改變物料流動方 向，使不同組分的物料干燥、混合、塑化等作用。所以，在改性母料生產(chǎn)中，這些裝置 的結(jié)構(gòu)形式至關(guān)重要。

　　除了高速混合機(jī)外，加熱密閉式煉塑機(jī)是混合性能優(yōu)越的混煉機(jī)械，該設(shè)備混煉效 果好，生產(chǎn)環(huán)境粉塵少，由于密煉機(jī)價(jià)格昂貴，能耗高，已很少有廠家使用。

　　2.2.2 混煉擠出造粒機(jī)組

　　超細(xì)碳酸鈣改性母料的混煉擠出造粒機(jī)組一般選擇長徑比 (L/D) 在32：1～40：1 的同向旋轉(zhuǎn)平行雙螺桿擠出造粒機(jī)組。L/D過小物料塑化混合不均勻，L/D過大，能耗 高、產(chǎn)量低、低分子物易受熱分解或析出，影響改性母料的質(zhì)量。

　　改性母料造粒方法主要是模面熱切和冷卻拉條切粒。以聚乙烯為載體的改性母料造 粒方式采用模頭表面風(fēng)冷切粒的方法。以聚丙烯為載體生產(chǎn)時(shí)，由于聚丙烯黏度大，需 要冷卻時(shí)間長，采用水環(huán)切粒、水環(huán)拉條切粒、鋼絲網(wǎng)帶傳動網(wǎng)冷卻造粒等工藝。由于 碳酸鈣在改性母料中含量較高，通過水冷卻裝置時(shí)，改性母料顆粒表面碳酸鈣親水后， 造成母料水分含量過高，影響改性母料的質(zhì)量及應(yīng)用效果。采用鋼絲網(wǎng)帶冷卻造粒這一 新工藝，能夠避免改性母料與水的接觸，極大地降低了改性母料的水分及易揮發(fā)物的含 量，還可根據(jù)擠出機(jī)產(chǎn)量大小適當(dāng)調(diào)整鋼絲網(wǎng)帶長度、傳動速度、增設(shè)風(fēng)冷裝置等方 式，滿足不同生產(chǎn)效率的要求，提高改性母料的產(chǎn)品質(zhì)量。

　　3 碳酸鈣環(huán)保改性母料的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

　　3.1 生產(chǎn)工藝

　　碳酸鈣環(huán)保改性母料以超細(xì)碳酸鈣為填料，與填充改性母料相比，除了在原輔材料 及工藝配方等方面有所不同外，在加工工藝方面也有差異。

　　碳酸鈣環(huán)保改性母料對無機(jī)粉體的選擇要求很嚴(yán)。一般采用1250目的碳酸鈣 (粒 徑10μm左右)，碳酸鈣的粒徑小、比表面積大，超細(xì)粉體在儲運(yùn)過程中易吸潮吸濕。 在干燥處理及偶聯(lián)包覆過程中，顆粒之間經(jīng)過高速摩擦易產(chǎn)生靜電，致使微細(xì)粉體凝聚 結(jié)團(tuán)，難以均勻分散。在加入分散劑后生產(chǎn)成本提高，分散效果也不理想，采用特殊的 抗靜電處理工藝，也難以取得令人滿意的效果。我們探索的簡易物料放置法，可使無機(jī) 粉體在自然存放中緩慢釋放出靜電。經(jīng)過十幾個(gè)生產(chǎn)廠家應(yīng)用，證明這一技術(shù)簡便易 行，成本低廉，實(shí)用性強(qiáng)。

　　碳酸鈣環(huán)保改性母料在擠出造粒時(shí)，雙螺桿擠出造粒機(jī)組中的螺桿組合非常重要， 要根據(jù)配方不同適當(dāng)調(diào)整增加螺桿的混煉段，使物料與各組分助劑得到充分混合塑化。 主機(jī)各區(qū)擠出溫度不宜過高，避免低分子材料分解析出。碳酸鈣環(huán)保改性母料的載體要 求熔體流動速率6～8g/10min為宜，碳酸鈣的粒徑分布窄，增塑劑、潤滑劑、分散劑等 助劑要適量。生產(chǎn)效率略低于普通改性母料。

　　3.2 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

　　碳酸鈣環(huán)保改性母料與普通改性母料的原輔材料及含量有所差異。碳酸鈣環(huán)保改性 母料主要用于塑料包裝袋、購物袋、一次性包裝制品等，不但需要保持良好的使用力學(xué) 性能，外觀效果好、印刷性好、價(jià)格低廉，還要使塑料制品廢棄后在自然環(huán)境中能夠自 行分解，根據(jù)環(huán)境條件的變化在6個(gè)月至18個(gè)月后降解成碎片狀或粉末后對自然環(huán)境 不造成污染。

　　碳酸鈣環(huán)保改性母料產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)參照QB/T 1126—1991國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。提 出有關(guān)質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1供參考。

　　表1 質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)

序號

項(xiàng) 目

指 標(biāo)

1

2

3

4

5

6

7

8

碳酸鈣含量/%

密度/(g/cm3)

水分及揮發(fā)物含量/%

熔體流動速率/(g/10min)

白度/%

拉伸強(qiáng)度/MPa

斷裂伸長率/%

缺口沖擊強(qiáng)度/(kJ/m2)

70～85

1.5～1.8

≤0.3

≤2

≥58

≥32.0

≥45.0

≥9.0

　　4 碳酸鈣環(huán)保改性母料的應(yīng)用效益分析

　　4.1 碳酸鈣環(huán)保改性母料產(chǎn)生的社會效益

　　塑料改性母料的推廣應(yīng)用，帶動了無機(jī)礦物材料工業(yè)的發(fā)展。碳酸鈣環(huán)保改性母料 中重鈣含量在70%～85%，超細(xì)碳酸鈣的應(yīng)用開闊了無機(jī)材料的應(yīng)用領(lǐng)域，帶動了無 機(jī)粉體的深加工，也提升了重鈣的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　我國是石油消費(fèi)大國，每年石油進(jìn)口占消費(fèi)量的60%。全國每年消耗300多萬t塑 料包裝袋，如果在一次性塑料包裝材料中加入20%～30%的無機(jī)粉體，減去粉體與樹 脂的比重因素，每年可以節(jié)省大約70萬t的合成樹脂，減輕國內(nèi)大型石化企業(yè)為生產(chǎn) 合成樹脂帶來原油緊張的壓力。能夠節(jié)省數(shù)量可觀的石油資源，緩解我國石油資源緊張 狀況。

　　4.2 碳酸鈣環(huán)保改性母料帶來的生態(tài)效益

　　經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)使用含有20%～30%的碳酸鈣的聚乙烯包裝材料比純聚乙烯包裝 材料具有明顯的降解性能，在自然環(huán)境中分別暴曬90d、120d、180d和360d，暴曬時(shí) 間達(dá)到180d以上時(shí)，各項(xiàng)物理性能開始明顯下降，斷裂伸長率和拉伸強(qiáng)度下降20%～ 40%。包裝袋在360d的自然環(huán)境中暴曬后可分解成3cm×3cm片狀物，并已失去成型 的力學(xué)性能。

　　土壤中的水和二氧化碳對高分子材料不產(chǎn)生浸蝕作用。所以，大量的廢棄塑料制品 丟棄在自然環(huán)境中，造成“白色污染”。而在高分子材料中添加無機(jī)粉體后，促進(jìn)具有 降解性能的羧基指數(shù)增加，CaCO3+CO2+H2O可提高塑料制品的觸氧面積，使微生物 浸蝕塑料材料，達(dá)到廢棄塑料制品的逐漸老化和崩解。

　　碳酸鈣等無機(jī)礦物材料是無毒、無味、無腐蝕的不影響人體健康的天然物質(zhì)，在自 然環(huán)境中不會產(chǎn)生污染，在塑料制品被掩埋在土壤中，這些物質(zhì)可促使塑料制品分解回 歸自然，不會對地下水源構(gòu)成污染，可消除或減緩塑料制品對自然環(huán)境帶來的 “白色 污染”。

　　4.3 碳酸鈣環(huán)保改性母料產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

　　碳酸鈣已成為塑料制品的重要填充改性材料。廣泛用于聚丙烯、聚乙烯類的編織 袋、扁絲、打包帶、管材、包裝材料等產(chǎn)品，碳酸鈣在性價(jià)比方面具有不可比擬的優(yōu) 勢，如1250目的碳酸鈣價(jià)格在600元/t～1100元/t，是聚烯烴樹脂價(jià)格的10%～20%。 碳酸鈣的理論密度是聚丙烯、聚乙烯的近三倍，在實(shí)際應(yīng)用過程中，對加入碳酸鈣的改 性母料和塑料制品進(jìn)行添加比例測定，實(shí)際密度明顯低于理論計(jì)算密度值。如1250目 重鈣含量80%的改性母料理論密度在2.2 ～2.4g/cm3，但實(shí)際測算密度是1250目重鈣 含量80%的改性母料密度約為1.6～1.9g/cm3，400目重鈣含量80%的改性母料密度約 為1.7～2.0g/cm3。經(jīng)過有關(guān)試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，我們分析認(rèn)為，這種密度 “失衡” 現(xiàn) 象，是因?yàn)闊o機(jī)粉體顆粒與顆粒之間，粉體顆粒與樹脂之間出現(xiàn)“空間” 效應(yīng)，而形 成的實(shí)際密度下降。這種密度數(shù)據(jù)試驗(yàn)，尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。

　　由于塑料包裝袋、膜類的改性母料市場價(jià)格在2500元/t～4000元/t，僅是樹脂的 1/5～1/3。特別是樹脂原料價(jià)格大幅度上揚(yáng)，僅靠其他工藝條件難以消化原料漲價(jià)因素 時(shí)，改性母料生產(chǎn)企業(yè)和塑料制品加工企業(yè)在保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善制品性能的同時(shí)，也 顯著提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

　　5 結(jié) 論

　　碳酸鈣環(huán)保改性母料的推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了明顯的社會效益、生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益， 是有效地緩解塑料制品造成的 “白色污染” 有效措施之一。碳酸鈣環(huán)保改性母料可改 善塑料制品某些物理性能，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

　　碳酸鈣環(huán)保改性母料雖然得到了大量應(yīng)用，但在生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品應(yīng)用、自然環(huán)境等 方面，需要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，跟蹤服務(wù)，在諸多方面尚有待進(jìn)一步完善。

 

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