超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的母粒加工及在塑料中的應(yīng)用
作者： 發(fā)布日期：2019-02-27
超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的母粒加工及在塑料中的應(yīng)用
1 超細(xì)重鈣母粒的加工
由于除聚氯乙烯樹脂以外的多數(shù)塑料原料都是幾毫米的顆粒料,而超細(xì)重鈣只有幾微米,兩者的體積差別大,密度相差懸殊，很難混合均勻。而且擠出機(jī)和注塑機(jī)對物料是沿軸向運(yùn)動(dòng)的加工設(shè)備,進(jìn)入擠出機(jī)和注塑機(jī)的物料在軸向方向的混合均勻性是很有限的。加工設(shè)備的震動(dòng),樹脂顆粒上浮,造成料斗下料時(shí)組分不均勻,致使成型制品中的組分不均勻,不能得到合格產(chǎn)品,所以采用超細(xì)重鈣母粒的辦法,就可使成型制品中組分不均勻問題得到解決。
超細(xì)重鈣母粒主要是將超細(xì)重鈣與載體樹脂混合、混煉造粒,制成與塑料制品的基料樹脂體積相近的顆粒。這種母粒中包括有超細(xì)重鈣、載體樹脂和助劑等。在母粒加工前首先應(yīng)對超細(xì)重鈣進(jìn)行表面改性處理,增加其分散性,提高與樹脂的交聯(lián)性等。然后與載體樹脂混合、混煉、造粒而成。
1.1 超細(xì)重鈣的表面改性處理
由于超細(xì)重鈣粉與有機(jī)樹脂的極性不同,相互之間的親合性差,造成在載體樹脂中的分散不均勻。因此首先要對超細(xì)重鈣進(jìn)行表面改性處理,降低超細(xì)重鈣顆粒的表面能,阻止顆粒相互聚集,提高在樹脂中的分散性和與樹脂的親合性。經(jīng)表面改性處理后的超細(xì)重鈣粉體即可與樹脂進(jìn)行混合。超細(xì)重鈣粉體的表面改性可用高速捏合機(jī)和連續(xù)改性機(jī)組進(jìn)行改性。
用高速捏合機(jī)改性,是將一定量的超細(xì)重鈣加到高速捏合機(jī)中,在葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)下,高速旋轉(zhuǎn)的料流撞擊到折流板上,改變流動(dòng)的方向,強(qiáng)化物料混合與分散效果,當(dāng)溫度升高后,加入助劑,然后加入改性劑,可達(dá)到改性的目的。用連續(xù)式改性機(jī)組改性:SLG三筒連續(xù)改性機(jī)組是將超細(xì)重鈣和復(fù)合改性劑同時(shí)按一定的比例輸送到改性腔中,在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)下,呈流化狀態(tài)旋轉(zhuǎn),進(jìn)行充分混合和強(qiáng)制改性。
改性劑可采用偶聯(lián)劑、硬脂酸和其他改性劑。一般改性劑的用量是基料的0.5%～1.5%。
1.2 載體樹脂的選擇及混料
載體樹脂的選擇:首先應(yīng)根據(jù)填充母粒應(yīng)用于某種樹脂的制品,來確定采用其相同類別的樹脂做為載體樹脂。一般選擇熔體流動(dòng)速率高,熔點(diǎn)較低的樹脂。特別是用于聚乙烯膜的母粒更應(yīng)注意載體樹脂的選擇,載體樹脂的熔融粘度應(yīng)盡可能與所要填充的基體樹脂接近，也可將兩種以上樹脂復(fù)合后使用。
混合:超細(xì)重鈣母粒中載體樹脂占15%～50%,超細(xì)改性重鈣50%～85%。將兩種物料按比例加入到高速捏合機(jī)中,同時(shí)加入其他助劑,進(jìn)行攪拌混合,混合均勻即可加工母粒。
1.3 母粒加工
母粒加工設(shè)備:最佳設(shè)備的選擇是同向雙螺桿擠出機(jī),其特點(diǎn)是:連續(xù)、密閉、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高。同時(shí)螺桿上轉(zhuǎn)送、混合、塑化、混煉功能的螺紋是根據(jù)需要制成組合的塊狀元件，稱之為積木組合式螺桿。
將改性超細(xì)重鈣粉體與載體樹脂等的混合料送入造粒機(jī)料倉,選擇不同的加工溫度及螺桿的轉(zhuǎn)速等。螺桿擠出機(jī)的排氣口最好使用真空泵排氣,主要考慮到物料在螺桿與筒體之間的熔融、剪切、擠壓混煉過程中,將產(chǎn)生許多氣體（水蒸氣、低分子物氣體),如果不及時(shí)排除這些氣體,則很容易使有用物料降解、性能變差、降低產(chǎn)品的內(nèi)在和外觀質(zhì)量,同時(shí)生產(chǎn)的母粒中產(chǎn)生小氣孔,直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。
2 應(yīng)用效果
用400目重鈣加工的母粒,是以填充料在塑料制品中使用,達(dá)到增量降低成本的效果,難以滿足部分塑料制品的要求,特別是在塑料薄膜、降解塑料、工程塑料等方面的應(yīng)用中受到限制。而超細(xì)重鈣經(jīng)表面改性加工成母粒后,以中間產(chǎn)品的方式,很好地彌補(bǔ)了這些缺陷。
2.1 對PE薄膜的影響
下表是將3種粒度的重鈣母粒填加到PE樹脂中,吹膜后的試驗(yàn)結(jié)果。該試驗(yàn)填加的重鈣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為26%,從表中的數(shù)據(jù)可以看出,填加重鈣的粒度越小,PE薄膜的拉伸強(qiáng)度越高。這一現(xiàn)象的出現(xiàn),可以說明,并非所有填充體系的拉伸強(qiáng)度就永遠(yuǎn)低于基體樹脂。因?yàn)樗罴拥闹剽}粉體細(xì)、比表面積大,通過有針對性的表面改性處理和造粒,能與基體樹脂的界面有更好的結(jié)合,在拉伸應(yīng)力作用下重鈣顆?？赡芘c基體樹脂一起移動(dòng)、變形、受外界負(fù)荷的有效截面就增加,所以填充體系拉伸強(qiáng)度是有可能高于基體拉伸強(qiáng)度。
重鈣母粒的粒度與PE樹脂拉伸強(qiáng)度的關(guān)系
1 超細(xì)重鈣母粒的加工
由于除聚氯乙烯樹脂以外的多數(shù)塑料原料都是幾毫米的顆粒料,而超細(xì)重鈣只有幾微米,兩者的體積差別大,密度相差懸殊，很難混合均勻。而且擠出機(jī)和注塑機(jī)對物料是沿軸向運(yùn)動(dòng)的加工設(shè)備,進(jìn)入擠出機(jī)和注塑機(jī)的物料在軸向方向的混合均勻性是很有限的。加工設(shè)備的震動(dòng),樹脂顆粒上浮,造成料斗下料時(shí)組分不均勻,致使成型制品中的組分不均勻,不能得到合格產(chǎn)品,所以采用超細(xì)重鈣母粒的辦法,就可使成型制品中組分不均勻問題得到解決。
超細(xì)重鈣母粒主要是將超細(xì)重鈣與載體樹脂混合、混煉造粒,制成與塑料制品的基料樹脂體積相近的顆粒。這種母粒中包括有超細(xì)重鈣、載體樹脂和助劑等。在母粒加工前首先應(yīng)對超細(xì)重鈣進(jìn)行表面改性處理,增加其分散性,提高與樹脂的交聯(lián)性等。然后與載體樹脂混合、混煉、造粒而成。
1.1 超細(xì)重鈣的表面改性處理
由于超細(xì)重鈣粉與有機(jī)樹脂的極性不同,相互之間的親合性差,造成在載體樹脂中的分散不均勻。因此首先要對超細(xì)重鈣進(jìn)行表面改性處理,降低超細(xì)重鈣顆粒的表面能,阻止顆粒相互聚集,提高在樹脂中的分散性和與樹脂的親合性。經(jīng)表面改性處理后的超細(xì)重鈣粉體即可與樹脂進(jìn)行混合。超細(xì)重鈣粉體的表面改性可用高速捏合機(jī)和連續(xù)改性機(jī)組進(jìn)行改性。
用高速捏合機(jī)改性,是將一定量的超細(xì)重鈣加到高速捏合機(jī)中,在葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)下,高速旋轉(zhuǎn)的料流撞擊到折流板上,改變流動(dòng)的方向,強(qiáng)化物料混合與分散效果,當(dāng)溫度升高后,加入助劑,然后加入改性劑,可達(dá)到改性的目的。用連續(xù)式改性機(jī)組改性:SLG三筒連續(xù)改性機(jī)組是將超細(xì)重鈣和復(fù)合改性劑同時(shí)按一定的比例輸送到改性腔中,在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)下,呈流化狀態(tài)旋轉(zhuǎn),進(jìn)行充分混合和強(qiáng)制改性。
改性劑可采用偶聯(lián)劑、硬脂酸和其他改性劑。一般改性劑的用量是基料的0.5%～1.5%。
1.2 載體樹脂的選擇及混料
載體樹脂的選擇:首先應(yīng)根據(jù)填充母粒應(yīng)用于某種樹脂的制品,來確定采用其相同類別的樹脂做為載體樹脂。一般選擇熔體流動(dòng)速率高,熔點(diǎn)較低的樹脂。特別是用于聚乙烯膜的母粒更應(yīng)注意載體樹脂的選擇,載體樹脂的熔融粘度應(yīng)盡可能與所要填充的基體樹脂接近，也可將兩種以上樹脂復(fù)合后使用。
混合:超細(xì)重鈣母粒中載體樹脂占15%～50%,超細(xì)改性重鈣50%～85%。將兩種物料按比例加入到高速捏合機(jī)中,同時(shí)加入其他助劑,進(jìn)行攪拌混合,混合均勻即可加工母粒。
1.3 母粒加工
母粒加工設(shè)備:最佳設(shè)備的選擇是同向雙螺桿擠出機(jī),其特點(diǎn)是:連續(xù)、密閉、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高。同時(shí)螺桿上轉(zhuǎn)送、混合、塑化、混煉功能的螺紋是根據(jù)需要制成組合的塊狀元件，稱之為積木組合式螺桿。
將改性超細(xì)重鈣粉體與載體樹脂等的混合料送入造粒機(jī)料倉,選擇不同的加工溫度及螺桿的轉(zhuǎn)速等。螺桿擠出機(jī)的排氣口最好使用真空泵排氣,主要考慮到物料在螺桿與筒體之間的熔融、剪切、擠壓混煉過程中,將產(chǎn)生許多氣體（水蒸氣、低分子物氣體),如果不及時(shí)排除這些氣體,則很容易使有用物料降解、性能變差、降低產(chǎn)品的內(nèi)在和外觀質(zhì)量,同時(shí)生產(chǎn)的母粒中產(chǎn)生小氣孔,直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。
2 應(yīng)用效果
用400目重鈣加工的母粒,是以填充料在塑料制品中使用,達(dá)到增量降低成本的效果,難以滿足部分塑料制品的要求,特別是在塑料薄膜、降解塑料、工程塑料等方面的應(yīng)用中受到限制。而超細(xì)重鈣經(jīng)表面改性加工成母粒后,以中間產(chǎn)品的方式,很好地彌補(bǔ)了這些缺陷。
2.1 對PE薄膜的影響
下表是將3種粒度的重鈣母粒填加到PE樹脂中,吹膜后的試驗(yàn)結(jié)果。該試驗(yàn)填加的重鈣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為26%,從表中的數(shù)據(jù)可以看出,填加重鈣的粒度越小,PE薄膜的拉伸強(qiáng)度越高。這一現(xiàn)象的出現(xiàn),可以說明,并非所有填充體系的拉伸強(qiáng)度就永遠(yuǎn)低于基體樹脂。因?yàn)樗罴拥闹剽}粉體細(xì)、比表面積大,通過有針對性的表面改性處理和造粒,能與基體樹脂的界面有更好的結(jié)合,在拉伸應(yīng)力作用下重鈣顆?？赡芘c基體樹脂一起移動(dòng)、變形、受外界負(fù)荷的有效截面就增加,所以填充體系拉伸強(qiáng)度是有可能高于基體拉伸強(qiáng)度。
重鈣母粒的粒度與PE樹脂拉伸強(qiáng)度的關(guān)系
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重鈣粒度
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拉伸強(qiáng)度（縱/橫）（M Pa）
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400目
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21.8/20.1
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1250目
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30.2/29.3
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2500目
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33.3/32.5
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2.2 缺口沖擊強(qiáng)度
3種粒度重鈣母粒分別按相同的量填加到PE樹脂中,壓片后的試驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯?填加2500目、1250目重鈣的沖擊強(qiáng)度是填加400目重鈣沖擊強(qiáng)度的2～3.5倍。
2.3 其他效果
超細(xì)重鈣母粒的填加量大,塑料制品的印刷性能可得到明顯改善,可減少塑料制品的印刷工序,并可提高塑料薄膜的可降解性、可焚燒性,滿足環(huán)保要求。
(1)在塑料制品中填加重鈣的顆粒越細(xì)，其制品的拉伸強(qiáng)度越好。
(2)10μm以下重鈣按一定量加入塑料制品中,可大大提高制品的沖擊強(qiáng)度。
(3)超細(xì)重鈣母粒是重鈣粉體深加工很重要的一部分,是附加值較高的產(chǎn)品。
(4)要根據(jù)市場需求,開發(fā)多品種、不同載體樹脂的超細(xì)重鈣專用母粒,以滿足各種塑料制品的需要。
3種粒度重鈣母粒分別按相同的量填加到PE樹脂中,壓片后的試驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯?填加2500目、1250目重鈣的沖擊強(qiáng)度是填加400目重鈣沖擊強(qiáng)度的2～3.5倍。
2.3 其他效果
超細(xì)重鈣母粒的填加量大,塑料制品的印刷性能可得到明顯改善,可減少塑料制品的印刷工序,并可提高塑料薄膜的可降解性、可焚燒性,滿足環(huán)保要求。
(1)在塑料制品中填加重鈣的顆粒越細(xì)，其制品的拉伸強(qiáng)度越好。
(2)10μm以下重鈣按一定量加入塑料制品中,可大大提高制品的沖擊強(qiáng)度。
(3)超細(xì)重鈣母粒是重鈣粉體深加工很重要的一部分,是附加值較高的產(chǎn)品。
(4)要根據(jù)市場需求,開發(fā)多品種、不同載體樹脂的超細(xì)重鈣專用母粒,以滿足各種塑料制品的需要。
