碳酸鈣是塑料中使用最廣泛的填充劑之一,其價(jià)格低廉,來(lái)源廣泛,相對密度較小,在塑料中除具有增量作用外,還有改善加工性能和制品性能的功效。這種材料質(zhì)地較軟,對捏煉機和成型機的磨損小。在同樣用量下,填充輕質(zhì)碳酸鈣的制品表面劃傷性和折彎白化性比填充重質(zhì)碳酸鈣小。輕質(zhì)碳酸鈣的最大特點(diǎn)是有補強作用,可提高制品的沖擊強度。重質(zhì)碳酸鈣用于塑料可降低成本,與樹(shù)脂親和性好,分散度高,折射率與塑料相近,易著(zhù)色,并能改善塑料制品的強度和穩定性。納米碳酸鈣應用最成熟的行業(yè)是塑料工業(yè),主要應用于高檔塑料制品。
碳酸鈣為無(wú)毒性物質(zhì),美國FDA認可本品為“安全性物質(zhì)”,允許用于與食品接觸的塑料制品。碳酸鈣與聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴樹(shù)脂復合制造鈣塑材料。
1、聚氯乙烯(PVC)
碳酸鈣填充聚氯乙烯是將聚氯乙烯、碳酸鈣(如重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、微細化碳酸鈣、沉淀碳酸鈣、活性碳酸鈣等)、其它助劑按配料比進(jìn)行捏和、混煉,再經(jīng)造粒、擠出或注射成型為所要求的制品;也可經(jīng)壓延、壓制成片材或板材,具有難燃、耐酸堿和化學(xué)藥品、耐水、防潮、隔音和著(zhù)色性好等特點(diǎn),同時(shí)還具有比普通PVC塑料價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。
碳酸鈣用于填充聚氯乙烯,既可用于板材、管材等硬制品,也可用于電線(xiàn)包皮、人造革等軟制品,它可提高制品的色調穩定性。用于聚氯乙烯糊可作為粘度調節劑。本品的吸油值較高,吸增塑劑的量較大,在軟質(zhì)聚氯乙烯中的分散均勻性較差,配合量多時(shí),會(huì )降低壓出制品的表面光滑性。與白炭黑并用,可提高分散均勻性。碳酸鈣填充聚氯乙烯硬質(zhì)制品可代替鋼材、木材用于建筑工程、交通運輸和家具制作等方面,如制作門(mén)窗異型材、天花板、隔墻板、瓦楞板、地板、車(chē)船廂板、電線(xiàn)槽板、家具、板框式或瓦楞紙式的包裝箱以及建筑排水管和工業(yè)排污管等。同時(shí)還可制作薄膜、人造革、片材、電線(xiàn)護皮和不透明軟管等軟質(zhì)制品。
在硬質(zhì)聚氯乙烯中使用5~10份超細碳酸鈣可以顯著(zhù)改善沖擊強度,經(jīng)偶聯(lián)劑等進(jìn)行表面處理的超細碳酸鈣,可改進(jìn)制品加工成型性,補強作用更好,可作為抗沖擊劑的廉價(jià)代用品,在硬質(zhì)聚氯乙烯中的用量可達20~30份。超細碳酸鈣用于聚氯乙烯,制品表面光潔、平滑,能起到散光和消光作用,可提高塑料制品的尺寸穩定性、拉伸強度,對透明和半透明材料能增加透明度,提高制品的表面光澤和表面平整性。超細碳酸鈣還能增加聚氯乙烯制品的絕緣性、阻燃性和電鍍性等。
輕質(zhì)碳酸鈣是用途最廣的無(wú)機填料之一,在某些軟質(zhì)聚氯乙烯中有熱穩定作用,它的使用可減少熱穩定劑的用量,或允許使用比較價(jià)廉的穩定劑如鋇鋅、鈣鋅代替鋇鎘或鋇鎘鋅等價(jià)格較高的熱穩定劑。在硬質(zhì)聚氯乙烯中添加輕質(zhì)碳酸鈣或者表面處理過(guò)的輕質(zhì)碳酸鈣能提高塑料制品的尺寸穩定性;提高制品的硬度;改善塑料的加工成型性;提高塑料制品的耐熱性,同時(shí)降低成本。重質(zhì)碳酸鈣在聚氯乙烯中的應用側重增大填充量以使制品的生產(chǎn)成本降低。
隨著(zhù)機械研磨技術(shù)的進(jìn)步,在聚氯乙烯復合材料中,重質(zhì)碳酸鈣開(kāi)始逐漸取代輕質(zhì)碳酸鈣。在工業(yè)發(fā)達國家重質(zhì)碳酸鈣與輕質(zhì)碳酸鈣的用量比為20︰1,重質(zhì)碳酸鈣替代輕質(zhì)碳酸鈣在某些方面的應用已是一種發(fā)展趨勢。
重質(zhì)活性碳酸鈣用作填充劑除降低成本外,用于聚氯乙烯樹(shù)脂能改善制品的加工性能,減少模具的磨損。輕質(zhì)活性碳酸鈣用于聚氯乙烯的電纜料,能提高電絕緣性能。
通過(guò)對沖擊強度、拉伸強度、斷裂伸長(cháng)率以及材料流變性能的測定,對比研究納米級碳酸鈣和微米級碳酸鈣對阻燃型軟質(zhì)聚氯乙烯的力學(xué)性能和加工性能的影響,得出結論是:氫氧化物和金屬配合物復合阻燃體系在提高軟質(zhì)聚氯乙烯阻燃、消煙性能的同時(shí)會(huì )惡化材料的力學(xué)性能;納米碳酸鈣能明顯提高阻燃型軟質(zhì)聚氯乙烯的沖擊強度、拉伸強度和斷裂伸長(cháng)率,對材料具有明顯的增韌、增強作用。
2、聚乙烯(PE)
碳酸鈣填充聚乙烯塑料是一種在少量樹(shù)脂連續相中均勻分布著(zhù)大量碳酸鈣的復合材料。除兼有塑料、木材和紙張的性能外,還具有耐寒、耐水、耐熱、防震、隔音等特性。制品無(wú)腐蝕性氣味發(fā)生,但易燒毀。燃燒性能與紙、木材相近。熱穩定性、力學(xué)性能均好,軟化點(diǎn)高。在低溫下仍保持高強度。如加入發(fā)泡劑還可制得輕質(zhì)木材代用品。其剛性、硬度、壓縮強度、尺寸穩定性和耐熱性等物理機械性能均優(yōu)于純聚乙烯樹(shù)脂制得的塑料制品。蠕變性和成型收縮率均小,加工性能好,并易于二次加工。它的主要缺點(diǎn)是失去了塑料原有的光澤,顏色欠鮮艷。
碳酸鈣填充聚乙烯塑料是將10%~50%聚乙烯(HDPE、LDPE)與50%~90%(重量)的碳酸鈣及添加劑按一定配比于85~100℃進(jìn)行混合,再于180~200℃混煉一定時(shí)間,即制得混煉料,然后按不同要求進(jìn)行擠出造粒、拉片等制成半成品,最后經(jīng)模塑、注塑、擠塑、壓延、發(fā)泡等不同方法制得各種鈣塑制品。
碳酸鈣填充聚乙烯塑料可代替紙張和木材用作室內裝修和建筑材料,如房屋頂板、天花板、壁板、墻體材料、地板、窗框、門(mén)板、保溫板,硬管和安全帽等;汽車(chē)和船舶用吊頂材料、廂板和裝飾板;也可用作家具、木器制品、鞋楦和線(xiàn)團芯;代替牛皮紙制得的瓦楞包裝箱,強度和防潮性更佳,且外表潔白、美觀(guān)、印刷商標鮮明;用作食品、染料、藥品和化工原料的包裝桶,可代替鐵桶、木桶和塑料包裝桶。還可用作農業(yè)和漁業(yè)用塑料大棚支架、育苗箱、農產(chǎn)品承運箱、魚(yú)籃、漁浮子等。此外,也可在機械、電子儀器工業(yè)上制作管、罩及照明部件,以及用作國防軍事設施、戰備地道隔音防潮材料、防寒浮水衣和救生圈芯材等。
3、聚丙烯(PP)
碳酸鈣填充聚丙烯的性能與填料的性能、含量、種類(lèi)、粒子形狀和大小、表面狀態(tài),以及填料粒子在樹(shù)脂中的分散狀態(tài)等都有很大的關(guān)系。同時(shí),各組分能否充分混合均勻也是重要因素之一。一般來(lái)說(shuō)碳酸鈣填充聚丙烯耐溫性能、力學(xué)性能(拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量和沖擊強度等)和結晶性能均良好,成型收縮率低,尺寸穩定性好,硬度較高。在某些情況下需要使用具有一定阻燃性的填充聚乙烯時(shí),還要加入一定量的阻燃劑。特別是經(jīng)偶聯(lián)劑處理過(guò)的納米碳酸鈣填充聚丙烯的各種性能俱佳,成為近年來(lái)應用和研究的熱點(diǎn)。
碳酸鈣填充聚丙烯是將聚丙烯樹(shù)脂與一定配料量的碳酸鈣和其它填料,以及必要的添加劑,進(jìn)行高效混合、擠出造粒,即得不同牌號的填充聚丙烯。
碳酸鈣填充聚丙烯可用作集成電路I-C托板、量油桿、復印機部件、微波爐部件、玩具、汽車(chē)護板及外部裝潢、電器設備零部件等。自熄性的碳酸鈣填充聚丙烯具有良好的高頻電絕緣性,受溫度、濕度影響小的電氣性能及FV-0組阻燃性能,故適用于電視機輸出高壓包、線(xiàn)圈骨架、電動(dòng)機保護開(kāi)關(guān)外殼、接線(xiàn)端子護蓋等各種電氣元器件以及運輸、建筑、紡織等部門(mén)對阻燃性要求較高的場(chǎng)合。
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