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碳酸鈣的正面改性作用
一是節(jié)約石油資源
根據(jù)PE中碳酸鈣含量的30%計算,每年塑料包裝袋產(chǎn)量為300萬噸,石基樹脂可節(jié)約90萬噸,石油可少用270萬噸。
二是賦予環(huán)保性能
在焚燒塑料垃圾袋中加入碳酸鈣,可以提高燃燒速度,大大縮短焚燒時間。具體原因是塑料薄膜中的碳酸鈣在燃燒過程中會產(chǎn)生無數(shù)的微孔,增加了與氧氣接觸的可燃面積,提高了燃燒速度。例如,含有30%碳酸鈣的聚乙烯塑料薄膜的燃燒時間從純塑料薄膜的12秒減少到4秒。由于碳酸鈣的燈芯作用,填充碳酸鈣的塑料薄膜可以促進(jìn)更徹底的焚燒,減少黑煙的釋放。
碳酸鈣的一般改性作用
1提高復(fù)合材料的剛性
碳酸鈣可以提高復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、硬度和耐磨性。對于塑料薄膜來說,復(fù)合材料剛性的提高可以明顯增加薄膜的挺度,有利于薄膜的平整卷曲。
2提高復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性
大小穩(wěn)定性的提高體現(xiàn)在降低收縮率、翹曲率、線性膨脹系數(shù)、蠕變、各向同性等方面。碳酸鈣填充可以顯著提高大小穩(wěn)定性。
3提高復(fù)合材料的耐熱性
由于碳酸鈣能吸收促進(jìn)分解的物質(zhì),碳酸鈣能提高復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。比如PBAT/碳酸鈣復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性明顯高于純PBAT。此外,特別是在PVC產(chǎn)品中加入輕質(zhì)碳酸鈣,可以吸收分解產(chǎn)生的氯化氫,大大提高PVC的加工熱穩(wěn)定性。
4改善薄膜的抗撕裂性能
普通塑料薄膜具有縱向強(qiáng)度高、橫向強(qiáng)度低的缺點(diǎn),特別是PBS、PLA、PHA類脂肪族聚酯薄膜更加明顯。添加碳酸鈣后,可使復(fù)合材料各向同性能提高,抗撕裂性能明顯提高。
3碳酸鈣的特殊改性性能
1對拉伸和沖擊性能的影響
并非所有的碳酸鈣都能提高塑料薄膜的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度,并受到碳酸鈣粒度和表面處理的影響。
粒度的影響:碳酸鈣的粒度不同,對塑料的改性效果也不同,如表1所示。一般粒度在1000目以下,主要用于增量改性;粒度在1000~3000目,添加量在10%以下,有一定的改性效果;粒度在5000目以上,屬于功能性碳酸鈣,具有明顯的改性效果,能提高拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。納米碳酸鈣雖然粒度較細(xì),但由于目前難以分散,只能達(dá)到與8000目碳酸鈣相同的改性效果。
由于碳酸鈣粒度變細(xì),沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率增大,彎曲強(qiáng)度和彎曲模量基本持平,但流動性下降。
表面處理的影響:如果表面處理良好,粒度合適的碳酸鈣可以提高復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。近年來,隨著有機(jī)/無機(jī)復(fù)合理論的不斷發(fā)展,CaCO3已經(jīng)從一種簡單的填充劑轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N新型的功能填充材料。例如,由碳酸鈣制成的均聚PP/CaCO3復(fù)合材料比基材塑料具有兩倍以上的沖擊強(qiáng)度。
2燃燒時的抑煙效果
CaCO3具有優(yōu)異的抑煙作用,其原理是它能與煙霧中的鹵化氫發(fā)生反應(yīng)(捕捉),使其產(chǎn)生穩(wěn)定的CaCl2。所以在燃燒過程中產(chǎn)生鹵化氫的聚合物,如氯乙烯、氯磺化聚乙烯、氯丁橡膠等,都可以用CaCO3作為抑煙劑。CaCO3顆粒的粒徑大小成為抑煙效果的重要因素,因?yàn)槿紵磻?yīng)屬于固-氣非均相反應(yīng),只能在固體顆粒表面進(jìn)行。只有小顆粒比表面積大得多,碳酸鈣粒度越細(xì),抑煙效果越好。
3抗粘連劑
含碳酸鈣的吹塑筒狀膜具有良好的開口性能,卷曲時不會產(chǎn)生粘連,碳酸鈣具有開口劑的作用。
提高導(dǎo)熱率
碳酸鈣的加入提高了薄膜的導(dǎo)熱率,使吹塑薄膜的膜泡冷卻更快,提高了生產(chǎn)效率,增加了擠出機(jī)的產(chǎn)量。例如,在PVC片中加入25%的輕質(zhì)碳酸鈣,加熱到200℃只需3.5秒,而純PVC片需要10.8秒,導(dǎo)熱率增加3倍。
5提高流動性
碳酸鈣可以提高復(fù)合系統(tǒng)的流動性,降低熔體的粘度和擠出機(jī)的扭矩,增加擠出機(jī)的產(chǎn)量,提高生產(chǎn)效率。不同品種的碳酸鈣對流動性有不同的影響。具體復(fù)合材料的流動性順序大方。解石碳酸鈣>大理石碳酸鈣,白云石碳酸鈣>小方解石碳酸鈣>輕質(zhì)碳酸鈣。
6配色性能
替代一些白色顏料:高白度碳酸鈣可以替代鈦白粉等一些白色顏料,從而節(jié)約鈦白粉的高價含量。碳酸鈣之所以能成為白色顏料,主要是因?yàn)樗幸欢ǖ恼谏w力。
7提高透氣性能
填充碳酸鈣的塑料薄膜在拉伸時會在薄膜中產(chǎn)生微小的孔隙,只能通過水蒸氣而不能通過液體水。因此,它們可以用來生產(chǎn)透氣塑料制品。比如典型的透氣膜是用銅填充大量碳酸鈣,拉伸薄膜制成的。一般只能選擇3000目的碳酸鈣用于生產(chǎn)透氣膜,粒徑分布要窄。
8提高產(chǎn)品降解性能
含碳酸鈣的聚乙烯塑料袋埋在地下后,碳酸鈣可能會與二氧化碳和水反應(yīng)產(chǎn)生可溶于水的Ca(HCO3)2離開薄膜,在薄膜上留下微孔,增加塑料薄膜與周圍空氣和微生物的接觸面積,從而促進(jìn)產(chǎn)品降解。
9起到成核的作用
納米CaCO3可誘導(dǎo)聚丙烯結(jié)晶成核,可增加聚丙烯結(jié)晶成核。β晶體含量提高了聚丙烯的沖擊韌性。
降低PA塑料的吸水性能
PA/碳酸鈣復(fù)合材料的吸水能力低于PA純樹脂,例如在PA6中填充25%的碳酸鈣,復(fù)合材料的吸水能力降低56%。
11改善表面性能
碳酸鈣能提高復(fù)合材料的表面張力,并具有優(yōu)異的吸附性能,從而提高復(fù)合材料的電鍍性能、涂層性能和印刷性能。