阻燃改性填充料碳酸钙还有“孰轻孰重”之分?

  • 发布:2018/10/19 9:04:27
  • 来源:塑道学苑

碳酸钙作为廉价的填充材料,其经济性不言而喻,作为塑料工业中使用数量最大、应用面最广的粉体填料,每年使用量达到数百万吨,用于替代以石油为原料的合成树脂,相当于国家少建2~3座大型石油化工厂。

 

实践表明,碳酸钙不仅可以降低塑料制品的原材料成本,还可以改善塑料材料某些性能,而“对症下药”的适用不同种类的碳酸钙,可显著提高基体塑料性能。今天我们来聊聊碳酸钙的两个重要类别:轻质碳酸钙和重质碳酸钙

都属于碳酸钙,有哪些不同?

 

◆◆来源方式不同◆◆

轻质碳酸钙是化学合成的碳酸钙,又称沉淀碳酸钙、胶体碳酸钙或者活性碳酸钙,甚至可以生产出纳米碳酸钙,简称轻钙。它是将石灰石原料煅烧生成石灰和二氧化碳,再加水消化石灰生成石灰乳,其主要成分氢氧化钙,通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀,经脱水、干燥和粉碎制得,或者由碳酸纳和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀,经脱水、干燥和粉碎制得。

重质碳酸钙简称重钙,是用机械方法直接粉碎天然的方解石、大理石、白垩、贝壳等制得。

◆◆堆积密度不同◆◆

重钙与轻钙最明显的区别就在于产品的堆积密度不同,重钙产品的堆积密度较大,一般为0.8~1.3g/cm3;而轻钙产品的堆积密度较小,多为0.5~0.7g/cm3;一些纳米碳酸钙产品的堆积密度甚至更低,可以达到0.28g/cm3左右。

◆◆白度大小不同◆◆

由于重钙产品相对杂质较多,因此产品白度一般为89%~93%,极少数的产品能达到95%。而轻钙产品因为化学合成制成,去除了很多杂质,产品纯净度很高,因此白度多为92%~95%,部分产品可以达到96%~97%,这也是轻钙产品多用于高档或浅色制品填充的主要原因。

◆◆水分含量不同◆◆

重钙产品水分一般为0.2%~0.3%,水分含量比较低同时也较为稳定,一些高档的重钙产品水分甚至可以达到0.1%左右。普通轻钙产品水分0.3%~0.8%,有时会有一定的波动不太稳定。传统上重、轻钙的区分就是用水份仪器测试水分,水分大到接近1%就是轻钙,小到0.1%以下为重钙。

◆◆粒径大小不同◆◆

重钙产品的粒径为0.5~45um不等,产品粒径因粉碎设备不同而不同。普通轻钙产品的粒径一般为0.5~15um,因颗粒形状为纺锤形难以准确测定,一般是一个范围;轻钙中的纳米碳酸钙粒径更细,尺寸一般为20~200nm。

◆◆味道不同◆◆

轻钙因石灰石煅烧后去除掉很多杂质一般来说白度较高,纯度也较高,但国内的轻钙很多因为氧化钙反应不完全,残留有石灰味道,如果用于食品行业,如填充饼干则会有呛人的味道,而重钙没有。

另外,过多的氧化钙会造成产品在水性体系偏碱性或者PH值不好调节,导致成品不稳定。此外,两者的磷酸含量不同,轻钙中有时为了调整PH值处于合理范围需要加入少量磷酸,而重钙则没有。

◆◆颗粒形状不同◆◆

用高倍显微镜看,普通轻钙的颗粒较为规则,在充分分散开来的情况下通常呈纺锤形。对于轻质碳酸钙,合成产品的颗粒形状是可以人为控制的,可以在碳化过程中加入控制剂来实现控制。

重钙产品由于不同的重钙加工方法,碳酸钙的微观形状不同。重质碳酸钙不同产地碳酸钙具有固定的晶形,破碎和细化不会改变晶型,一般方解石重钙为六方晶型、大理石重钙为立方晶型。

对于轻质碳酸钙,在具体碳化制备过程中,三种晶型碳酸钙以不同比例同时出现。轻质碳酸钙的三种晶型主要包括:方解石晶型、文石晶型 、球霰石晶型。

◆◆吸油值不同◆◆

轻质碳酸钙的吸油值为60-90 ml/100mg,远远大于重质碳酸钙的40-60ml/100mg,因此吸收液体性和吸收树脂性能很好。如果配方含有液体助剂,应该选用吸油值小的重质碳酸。吸油值大的无机粉体,会导致需要处理的偶联剂量增。

◆◆流动性不同◆◆

从流动性上考虑,轻质碳酸钙的微观结构为纺锤形状,加上其自身吸油值比较大,可以将配方中促进流动的组分如润滑剂、增塑剂、偶联剂、分散剂等吸收,所以它的流动性不如重质碳酸钙好,一般加入量超过25份就严重影响流动性。

而重质碳酸钙为颗粒状可以促进流动性,加入量不受限,在PVC管材配方中如果碳酸钙添加超过25份,如果从流动性上考虑最好选用重质碳酸钙。

◆◆价格不同◆◆

重质碳酸钙的加工主要是通过机械破碎、研磨的方法实现的;轻质碳酸钙的生产是通过化学反应沉淀后制取的,后者比前者的工艺复杂的多,要求也相应严格的多,因此同等粒径的重质碳酸钙要比轻质碳酸钙便宜30%左右,如果性能允许可选择重质碳酸钙更经济便宜。

◆◆改性功能不同◆◆

重、轻碳酸钙两者改性效果区分有细微区别,重质碳酸钙对拉伸强度较好,而轻质碳酸钙对冲击强度和刚性较好,一般用轻钙的塑料表面更光滑一些,而且密度会低一些;使用重钙塑料加工流动性要好一些,而且粒径较小的重钙填充塑料性能也较好。

◆◆改性功能不同◆◆

对于重质碳酸钙而言不同产地碳酸钙所发出的底色不同,破碎和细化也不会改变。如四川碳酸钙底色发蓝色,广西碳酸钙底色发红色、江西碳酸钙底色发青色等等。

而对于轻质碳酸钙,因为它为化学合成法人工制成,在合成的过程中可以控制其产生晶型的种类,所有就可以控制其色光的类型。

◆◆PH值大小不同◆◆

轻质碳酸钙的PH值为9-10,而重质碳酸钙的PH值为8-9,也就是说轻质碳酸钙的碱性比重质碳酸钙更强一些,在碳酸钙复合制品燃烧过程中,更加容易吸收酸性分解气体。

因此,碳酸钙复合制品焚烧低毒气的原因为碳酸钙本身呈现碱性,可以吸收燃烧产生的HCI、H2S等酸性气体,消除酸性能物质遇氯元素产生二噁英的隐患。

在欧美日韩发达国家及我国台湾地区的环保法明确规定凡一次性塑料垃圾袋,生产时必须添加碳酸钙(CaCO3),日本规定焚烧处理塑料垃圾袋都要求含有30%以上的碳酸钙,并由专门的环保部门监制。

只有填充了无机物碳酸钙(CaCO3)在焚烧时才可降低发热量,焚烧时化为粉末不滴油、不冒黑烟,无二次公害产生,且不损伤焚化炉,符合环保产品的国际趋势。所以,从焚烧碳酸钙复合制品低释放毒气上考虑,首选轻质碳酸钙具有更加环保的社会意义。

正确区分轻质碳酸钙和重质碳酸钙,对于改性工程师们在具体配方设计时具有重大意义。选取适合的碳酸钙,不仅可以降低成本,更有助实现改性塑料制品的优异性能。

关键词:

填充料,碳酸钙

[责任编辑:张赞丽]

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