重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣在無紡布填充的應用對比分析

李奇洪 黃華彬 貝進國

摘要：通過輕度改性的重質碳酸鈣、非改性的重質碳酸鈣與完全改性的輕質碳酸鈣在無紡布填充的應用試驗對比分析，經輕度改性的重質碳酸鈣完全可應用于無紡布行業，取代價格昂貴的輕質碳酸鈣，經濟效益顯著。

關鍵詞：無紡布；重鈣；輕鈣；改性

無紡布的力學性能主要有拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度，三種力學性能中，拉伸強度越大，彎曲強度和沖擊強度越??；反之，彎曲強度和沖擊強度越大。所以要綜合考慮，達到最佳的平衡點。

1實驗材料和儀器

1.1實驗原料

聚丙烯（PP）：粉料，三峰牌，南京煉油廠；

聚乙烯蠟（PEw）：青島邦尼化工有限公司產品，

硬脂酸鋅：江西宏遠化工有限公司產品；

無紡布專用填充重質碳酸鈣KL2：科隆公司立磨機生產

普通重質碳酸鈣998：科隆公司億豐磨研磨；

輕鈣：金山化工生產；

抗氧劑1010。市售。

1.2實驗儀器及設備（科隆客戶-南京強韌公司提供測試）

1.2.1多元素快速分析儀：DHF82型，湘潭市新科儀器有限公司；

1.2.2.粒度分析儀：POP-IV型，珠海歐美克儀器有限公司；

1.2.3.雙螺桿擠出機組：SHJ-36型，南京杰思特機電有限公司；

1.2.4.注塑機：ZX-80型，震雄集團公司；

1.2.5.白度儀：DN-B型，杭州高新自動化儀器儀表有限公司；

1.2.6.萬能力學性能實驗機：CMTG6104型，美斯特工業系統（中國）有限公司：

1.2.7.沖擊試驗機：ZBC140-B型，美斯特工業系統（中國）有限公司；

1.3 三種碳酸鈣的粉體性能表征分析對比：

1.3.1 化學成分

從表1可以看出，三種碳酸鈣的各種成分含量相當，細小的差別不足以影響粉體的性能，以上三種碳酸鈣都適合在塑料中的加工應用。

1.3.2 白度和吸油值：白度即粉體的潔白程度，只對PP的表面感觀產生影響，不會對力學及其他性能產生影響，而吸油值是表征粉體改性的重要指標，吸油值越低，粉體改性效果越好。通過分析，三種碳酸鈣的白度和吸油值結果如下：

從表2的結果可以看出，科隆公司生產的998和KL2的白度均明顯高于輕質納米碳酸鈣，但998的吸油值過高，而KL2和輕鈣是一樣的，但即便兩者吸油值相同，由于KL2是干法研磨只經過部分改性即改性不完全，而輕質納米碳酸鈣經過了完全表面改性處理。

1.3.3 粒徑和粒徑分布：

粒徑分布是表征粉體顆粒大小及結構的指標，也是影響碳酸鈣在制品中使用效果的重要影響因素，通過分析，三種碳酸鈣的粒徑分布如下：

從表3可以看出，輕鈣的D50、D97要比998、KL2要大，但是輕鈣是經過完全表面改性處理的，粒子表面包裏了一層有機物，增加了顆粒粒徑和體積，因此即便表征結果是998、KL2細粉含量較多，并不代表粒子真實粒徑，輕鈣的真實粒徑是小于科隆的KL2、998的。

2實驗過程：

2.1實驗配方：

在PE蠟、硬脂酸、硬脂酸鋅組分不變的情況下，三種碳酸鈣粉分別按5%、10%、20%、30%的比例（PP作相應的減少）分別進行配比。

2.2材料制備

首先，將碳酸鈣加入到高速混合機中，攪拌5min，當溫度達到100℃，加入硬脂酸改性劑，混合10-15min，使硬脂酸改性劑與碳酸鈣充分反應，然后再加入其他助劑和載體樹脂，混合10分鐘后，冷卻出料；再將混合好的原料加入到雙桿擠出機中熔融擠出造粒，加工溫度為：160-200℃；將粒料注塑成標準樣條進行力學性能測試。

2.3性能測試

拉伸性能測試：按GB/T1040-1992測試；

彎曲性能測試：按GB/T9341-1988測試；

簡支梁缺口沖擊性能測試：按GB/T1043.12008測試，采用2J的沖錘；

懸臂梁缺口沖擊性能測試：按GB/T1843-2008測試，采用2.75J的沖錘；

3實驗結果

3.1 PP/nano-CC復合材料的拉伸強度結果如下：

表5和圖1是三種不同碳酸鈣不同的添加比例的 PP/nano-CC復合材料的拉伸強度比較，從表5和圖1可以看出，隨著碳酸鈣添加量的增加，PP/nano-CC復合材料的拉伸強度逐漸下降，而添加量小于10%時，PP/nano-CC復合材料的拉伸強度下降不明顯，當添加量超過10%以后，PP/nano-CC復合材料的拉伸強度顯著下降，并且添加輕鈣的 PP/nano-CC復合材料的拉伸強度均略高于添加重鈣的復合材料，從數據上看，科隆KL2因加入了偶聯劑改性，其與PP材料的交聯效果要優于普通重鈣，性能更接近于桂林金山化工的輕鈣。當添加至20%以上時，數值與輕鈣相比較接近，沒有顯著的區別。

3.2 PP/nano-CC復合材料的彎曲強度：測試結果如下

從表7和圖3可以看出，隨著輕鈣添加量的增加，PP/nano-CC復合材料的沖擊強度逐步提高，而添加998、KL2兩種重鈣的PP/nano-CC復合材料的沖擊強度略高于添加輕鈣的PP/nano-CC復合材料.原因是在此配方體系下，重鈣比輕鈣在基體中的分激更好，更少出現團聚的現象，減少復合材料中的應力集中點，從而提高材料的沖擊受度。

4使用三種碳酸鈣作為無紡布填充材料的試驗結果分析

綜合上面所作的試驗分析，科隆粉體研發的無紡布專用填充碳酸鈣KL2的各項力學性能已接近輕鈣，而KL2的市場價1200元/噸，而市售的沉淀納米碳酸鈣其市場價至少在2200元/噸以上。這意味著在無紡布填料市場，經過表面處理的重質碳酸鈣可以取代輕鈣，同時也說明沒有經過表面處理的重質碳酸鈣綜合性能要明顯差。

（作者單位：廣西賀州市科隆粉體有限公司）