塑料用復配活性碳酸鈣的應用

史永安 汪瑞俊 李文耀

（池州市產品質量監督檢驗所， 安徽 池州 247100）

塑料用復配活性碳酸鈣的應用

史永安 汪瑞俊 李文耀

（池州市產品質量監督檢驗所， 安徽 池州 247100）

本文簡述了塑料用復配活性碳酸鈣的生產工藝和活化方法。從復配活性碳酸鈣在生產應用中出現的問題原因進行了探討分析，并針對出現的問題提出相應的解決措施，以指導下游企業更好地應用。

復配活性碳酸鈣；生產工藝；問題原因；解決措施

0 引言

所謂復配碳酸鈣產品，通常是指以重質碳酸鈣為主體（＞50%），配以一定比例的輕質碳酸鈣粉體混合加工制造的塑料專用產品。碳酸鈣作為一種新型環保填充料被廣泛應用于塑料制品生產加工中，使用碳酸鈣填充可以改善塑料制品的柔韌性、強度、穩定性，而且碳酸鈣價格低廉，大大降低了生產成本［1］。傳統意義上的輕、重鈣在應用于塑料或橡膠行業時，在使用性能上存在一定差異，各有利弊。而輕重鈣復配改性技術，將輕、重鈣混合，聯合改性，能很好的平衡輕重鈣差異，能很好地兼備二者的優點，在大幅降低產品成本的同時，擴大產品的應用范圍，提高了產品品質［2］。

1 復配活性碳酸鈣的主要生產工藝

基于重鈣干法的典型生產工藝流程為：將一定粒度、比例的重鈣、輕鈣混磨→改性→分級和采用重鈣、輕鈣分類研磨→分級→改性兩種方法。其特點為：工藝簡單，設備投資小，出料后可以直接包裝，特別適用于偶聯別對碳酸鈣的改性處理工藝。

基于重鈣濕法加工的復配產品生產流程為：重鈣、輕鈣調整至一定濃度的漿料濕法混磨→改性→漿料產品→干燥→干粉產品。其特點為：濕法活化是在液相狀態下處理碳酸鈣顆粒，可以均勻地對碳酸鈣進行包覆，表面活性劑可以通過位阻效應和雙電層效應充分地分散碳酸鈣顆粒。使顆粒間的距離增大，在脫水和干燥過程中減輕顆粒的二次凝聚，干燥得到的產品粒度細、堆積密度較小、流動性和分散性均較好。

2 復配活性碳酸鈣生產的改性方法

改性劑的正確選擇不僅要考慮活化劑與碳酸鈣及其配用顏料粉體的親和混溶性，同時要考慮助劑與基體的其它化學助劑的混溶性，特別是用于塑料體系的改性鈣品與輔料助劑的配伍效應。目前的表面改性方法主要有表面活性劑改性、偶聯劑改性、反應性單體及活性大分子改性、原位聚合法改性等幾種方法［3-7］。

2.1 表面活性劑改性法

目前用于改性碳酸鈣的表面活性劑種類多，生產能力大，價格低廉，主要可分為脂肪酸（鹽）類以及鈦酸酯類等兩大類。此外，用聚合物對碳酸鈣進行改性也是一種很好的方法。

2.2 偶聯劑改性法

偶聯劑是兩性結構化合物，按其結構可分為硅酸鹽類、鈦酸酯類、鋁酸酯類等。偶聯劑分子的一端為極性基團，可以和碳酸鈣表面的羥基進行化學反應，形成穩定的化學鍵；另一端的非極性基團，則包覆在碳酸鈣顆粒表面，使其表面親油化，降低了表面自由能，與樹脂相混性提高，且賦予復合材料較好的物理、機械性能。目前用于碳酸鈣改性的偶聯劑主要有鈦酸酯偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑。

2.3 聚合物改性法

聚合物可定向地吸附在碳酸鈣的表面，使碳酸鈣具有電荷特性，并在其表面形成物理和化學吸附層，阻止碳酸鈣粒子團聚結塊，改善分散性。一般認為，聚合物包膜碳酸鈣可分為兩類：一類是先把聚合單體吸附在碳酸鈣表面，然后引發其聚合，從而在其表面形成極薄的聚合物膜層；另一類是將聚合物溶解在適當溶劑中再加入碳酸鈣，當聚合物逐漸吸附在碳酸鈣表面時排除溶劑形成包膜。

2.4 原位聚合改性法

原位聚合法是先將粒子在單體中均勻分散，然后用引發劑引發聚合，粒子或分子均勻地分散在聚合物基體上，形成帶有彈性包覆層的核-殼結構的粒子。與傳統的填充聚合物材料相比，原位多相聚合保證了填充粒子的均勻分散。

3 復配活性碳酸鈣應用中出現的問題原因分析

復配活性碳酸鈣在應用中出現的問題有：粉體的有效分散、制品表面光澤度、制品加工過程中的擠出性能以及色澤的穩定性。

（1）粉體的分散問題：①活性劑表面包覆處理不完全、吸油值偏高時，易導致干粉混料時物料粘壁與DOP等增塑劑相容性差，造成混料時間延長；②產品的pH值偏高，特別是偏高達到10以上時，粉體顆粒表面的介電性能發生變化，電荷電量增加，產品明顯出現易粘壁、易揚塵、難混料等現象；③重鈣能夠有效提高加工的流動性，但是如果重鈣添加過多、粒度偏大，則易造成母粒表面平整度差，手感粗糙感明顯。

（2）制品表面光澤度問題：①當粉體顆粒粒度較大時，塑化后在擠出粒料表面明顯有較多微小顆粒，表面反光降低，光散射作用使得膠粒表面光澤較差發暗；②由于膠料塑化過程形成乳膠狀氣泡，膠料擠出冷卻后，微小氣泡位置形成了空穴，表面變得不平整，光澤度降低；③當物料擠出后表面光澤較好，但當膠料降溫存放一段時間后，表面出現“霧面”，主要原因是由于膠料中硬脂酸使用過量，導致部分硬脂酸析出；④制品表面平整性差主要是膠體黏度偏高，流動性差。

（3）擠出性能變差的問題：①擠出速度慢是由于碳酸鈣粉體填充過量，導致黏度增加、難塑化，造成擠出速度降低；②膠料流動性差主要是由于輕鈣粉體顆粒對增塑劑吸附能力較強，以致影響到膠料的正常塑化，從而使塑化時間延長。

（4）色澤的穩定性問題：①碳酸鈣粉體的本身白度較低和不穩定；②粉體中含少量的氧化物雜質；③碳酸鈣粉體的pH值偏高；④碳酸鈣粉體的吸油值偏高。

4 結語

復配活性碳酸鈣在應用中出現問題的原因主要為重鈣和輕鈣的復配比例不合理、粒徑偏大、pH值偏高、吸油值偏高、白度較低或不穩定、氧化物雜質含量偏高、碳酸鈣表面包覆不完全或包覆過量等造成。因而需要從以下幾個方面改善復配活性碳酸鈣的品質，以滿足下游用戶的需求。

（1）選擇優質的原材料：方解石、石灰石應選用高白度、低雜質的原料，控制礦石中的氧化鎂含量，以氧化鎂含量低于0.5%為最佳。低氧化鎂含量可降低粉體的pH值、吸油值。

（2）優化重鈣和輕鈣的配比比例以及粒徑范圍：在有效提高膠料的流動性的同時，也能有效改善制品的表面質量。

（3）嚴格控制粉體在加工過程中所使用的設備材質：一般應選用不銹鋼材質，以避免鐵銹等雜質混入產品中。尤其是活化設備和干燥設備，必須采用不銹鋼材質，以避免因與活性劑（一般略帶酸性）接觸生銹；干燥設備接觸的濕物料容易使碳鋼材質設備銹蝕。

（4）碳酸鈣粉體表面包覆工藝：當表面包覆（包覆劑添加量不足）時，粉體親油性能降低，與增塑劑相容性降低，需保證碳酸鈣經表面活性劑包覆處理后，得到高的活化度。

［1］駱振福，任曉玲，喬軍，等.不同品種碳酸鈣填充PVC性能的研究［J］.中國礦業大學學報，2011，41（1）:69-73.

［2］韓群，劉莉，芮源隆，等.凹土與碳酸鈣復配加填對紙張強度性能的影響［J］.中國造紙，2013，32（2）:13-15.

［3］程國君，于秀華，唐忠鋒，等.超細CaCO3的硅烷偶聯劑表面化學修飾研究［J］.非金屬礦，2012.35（2）:15-17.

［4］王平華，程文超，王賀宜，等.相容劑的制備及其在納米碳酸鈣填充高密度聚乙烯中的應用［J］.塑料工業，2007，35:295-297.

［5］賈仁廣，吳香發，何杰.超聲促進鈦酸酯偶聯劑與CaCO3表面相互作用研究［J］安徽理工大學學報:自然科學版.2011.31（4）:46-50.

［6］曾一文，周國永，元德闡.鈦酸丁酯改性重質碳酸鈣粉體的工藝條件探討［J］.應用化工，2012，41（7）:1165-1171.

［7］苑永偉，徐舟英，蔡振云.復合改性劑對納米碳酸鈣的表面改性［J］.材料科學與工程報，2013，31（3）:409-413.

史永安（1984- ），男，漢族，皖當涂縣，碩士，工程師，主要從事非金屬礦深加工產品檢測。