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碳酸钙在塑料中应用进展及常见问题
点击量:  发表时间:2016-7-15 16:09:43

    碳酸钙是塑料加工时使用的最重要无机粉体添加剂之一。本文就碳酸钙和塑料加工两个行业都非常关注的几个问题发表看法,以期对正确使用碳酸钙并使其应用更加拓展起到澄清和促进作用。
    1 碳酸钙在塑料中的重要作用
    我国已成为塑料制品生产和消费的大国,2006年塑料制品的产量已超过4000万吨,稳居世界第二位,而且二十多年来始终保持两位数的年增长率。可以预见随着国内消费需求增长和作为世界性制造基地向国际市场供应的出口数量增加,今后相当长的时期,我国塑料制品的年产量还将持续快速增长。
    在塑料加工过程中除合成树脂作为基础原料外,科学地、正确地、合理地使用各种添加剂和助剂是无可非议的,其中无机矿物粉体材料是最重要的添加剂之一。正如大家所知道的,在塑料中添加无机矿物粉体材料可以起到降低原材料成本、提高性能和赋予新的功能的重要作用,近年来又进一步发现使用无机矿物粉体材料对减轻白色污染、保护,环境的环保功效,在当今强调实施循环经济,建设资源能源节约型、环境友好型社会的大潮流中,更凸显无机矿物粉体材料在塑料中应用的重大意义。
    并不是所有的塑料材料及制品中都要添加无机矿物粉体材料,也不是都添加相同的数量,在统计塑料中使用的无机矿物粉体材料数量时,通常按塑料材料及制品总产量的10%计算,即目前我国塑料加工行业每年使用的无机粉体材料至少在400万吨以上。碳酸钙(包括重钙和轻钙)是使用最为广泛,用量最大的无机矿物粉体材料,在所使用的无机矿物粉体材料总量中,碳酸钙占到70%以上,不仅仅是因为碳酸钙资源丰富、价格低廉,碳酸钙的稳定性好、色泽单纯、低磨耗、易干燥、易加工、无毒等诸多优点也是得到普遍大量使用的重要原因。
    纵观塑料行业使用碳酸钙的历史,可以认为自上世纪六十年代我国塑料工业起步以来,碳酸钙的应用就始终伴随着塑料加工工业的发展而发展。最初碳酸钙在塑料中应用的思路得益于轻质碳酸钙在橡胶材料及制品中的应用经验,这也是为什么轻钙的使用要早于重钙,而且一直延续到今天的缘故。上世纪八十年代开始,随着我国改革开放的逐步深入,以资源经济为主要特征的重质碳酸钙的加工和应用迅速兴起,以填充母料为代表的大量使用重质碳酸钙的历史时期来临。到上世纪九十年代中期,重钙的加工出现飞跃,粒径在10μm以下的超细重钙开始进入市场,重钙与轻钙并用,不同粗细范围的重钙并举的第三阶段开始。到本世纪初,纳米碳酸钙实现产业化,为碳酸钙在塑料中的应用开辟出一片新天地。
    1和表2分别列出塑料制品行业基本情况和制品产量情况,表3列出在主要塑料制品中使用碳酸钙、滑石粉、高岭土等无机矿物粉体材料的情况。
    2 塑料加工企业对所使用的碳酸钙的基本要求
碳酸钙作为塑料常用的粉体材料具有许多其它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。依据目前塑料加工企业的思路和经验,在选用碳酸钙时所考虑的因素构成对碳酸钙的基本要求。
    (1)价格低廉
尽管碳酸钙相对合成树脂其价格已十分低廉,相对其它任何一种粉体材料也称得上物美价廉,但因供应商多,企业仍然对价格敏感,在可以使用的前提下越便宜越好。
    (2)白度越高越好
碳酸钙本身的色泽较之其它无机矿物粉体材料都要白,从具体数值上说达到90度就可以了,白度对填充塑料性能的影响并不显著,但塑料加工企业仍然希望白度越高越好是基于
    如下原因:
    ①白度越高表明纯度越高,非碳酸钙的其它矿物成份含量越低。
钙粉发灰表明可能存在游离碳,发黄表明可能有较多的铁化合物,发暗表明硅的含量高。杂质含量高有时会影响填充塑料制品的色泽、外观及在加工过程中对加工设备和模具造成较重的磨损等。
    ②白度越高,直观印象越好,越显档次高。
    ③白度越高,搭配其它颜料后,最后的色泽越正、越稳定均一。
    (3)粒度及其分布要适当
作为一种粉体材料,一是要考虑本身在测试条件下颗粒本身的粒度及其某一尺寸范围的颗粒所占比例的多少,二是要从实际应用出发考虑这些颗粒的存在状态,是否团聚在一起,在填充体系加工过程中团聚体能否分散开来,像大海中的大大小小的海岛一样分散在基体塑料的“海洋”之中?
    ①从成本上考虑,只要能满足使用要求,宁可用粗的,不用细的。例如生产聚丙烯编织袋(布)用的扁丝所用的重钙,其粒度400目即可,如果用更细的钙粉,不仅本身的价格明显提高,而且在制作填充母料时,还要耗用更多的助剂和载体树脂,得不偿失。
    ②从填充塑料的性能上考虑,在可以适当增加成本的前提下,用粒度更细的效果会更好。表4列出不同粒度的重钙在相同填充条件下对聚乙烯(PE)塑料薄膜性能的影响。
    ③从加工流动性角度考虑,在控制好最大粒径的前提下,平均粒径大些为好。
对同一粒度的碳酸钙产品,其粒径分布可能千差万别,这从平均粒径上可以反映出来。对要求有较好加工流动性的塑料制品(如注塑成型制品、流延法PE薄膜等)切不可用平均粒径太小的钙粉,如果可能的话,最好是在控制好最大粒径的前提下,将小粒径的颗粒分离出去。这是因为粒径小的颗粒越多,填充体系的加工流动性越差。

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