填充母料用改性碳酸鈣技術(shù)要點(diǎn)（二）

 

活性碳酸鈣的研制

活性碳酸鈣的粒度對其應用影響很大，一般選400 目～500 目的碳酸鈣。碳酸鈣的粒徑越大，總比表面積越小，則與樹(shù)脂的接觸面積亦愈小，制品的物理機械性能愈差。但碳酸鈣的粒徑過(guò)小，會(huì )產(chǎn)生凝聚現象，難于在樹(shù)脂中均勻分散。將粒度為400 目～500 目的碳酸鈣投入高速攪拌機(捏合機) 中，于110 ℃～120 ℃下預干燥5～10min ，使碳酸鈣的含濕量小于0. 5 %(質(zhì)量分數，下同) ，然后將鋁酸酯偶聯(lián)劑加入捏合機中，繼續運轉5min。經(jīng)大量的實(shí)踐和理論推算，鋁酸酯偶聯(lián)劑的加入量為碳酸鈣的0. 75 %～2. 5 %。待機內物料溫度降至80 ℃以下，即可出料包裝。利用上述活性碳酸鈣，再進(jìn)一步制得填充母料，此母料即可在塑料制品的加工中填充使用。其填充量可根據制品種類(lèi)及使用要求而定，一般為5 %～30 %。使用這樣的母料不僅可降低制品成本，還可以改善制品的物理機械性能。

 

4 活性碳酸鈣填充母料的制備

 

4. 1填充母料的基本組分

 

母料的基本微粒單元由4 個(gè)部分組成，即填料核、偶聯(lián)層、分散層和增混層。填料核(本文系指CaCO?) 主要起到增容、提高剛性、降低成本等作用。偶聯(lián)層主要是由對填料核和樹(shù)脂同時(shí)起到化學(xué)和物理作用的偶聯(lián)劑及少量交聯(lián)劑組成，它可以改善填料與樹(shù)脂間的結合力。分散層主要是由低聚物及分散劑構成，它的作用是能使處理好的粉末狀填料(CaCO?) 在制做母料的造粒過(guò)程中較好、較多地與增混劑混合并制成顆粒，同時(shí)對改善填充母料與樹(shù)脂體系的流動(dòng)性、避免無(wú)機填料聚團、提高制品表面光潔度等方面起到關(guān)鍵作用。增混層主要是由與要填充的樹(shù)脂有很好的相容性并有一定的力學(xué)性能的樹(shù)脂和(或) 具有一定的雙鍵的共聚物構成，由于這一層的量比較大，它直接與要填充的樹(shù)脂接觸、混容，因此對體系的力學(xué)性能影響很大。

根據上述結構模型，可設計填充母料的配方及制備工藝。

 

4. 2填充母料的配方

 

由上述結構模型可知，填充母料除填料核外 ，還有載體樹(shù)脂、偶聯(lián)層、分散層及改性劑等，在配方設計時(shí)都應加以考慮。在配方設計時(shí)，填料核選擇的用量為填充母料的50 %～85 %。分散層的選擇主要是由低分子量聚乙烯、或硬酯酸及其鹽類(lèi)等構成。由于它們的分子量較低，混料時(shí)易熔融，所以可使用經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑活化的碳酸鈣，再經(jīng)過(guò)分散劑處理，更好地在樹(shù)脂中熔融分散，從而可以獲得外觀(guān)質(zhì)量更好的填充制品。經(jīng)過(guò)上述分散劑處理的碳酸鈣在溶解度參數方面與基體樹(shù)脂更加接近，表面張力也與基體樹(shù)脂相似，使復合材料的粘度下降，流動(dòng)性提高。分散劑的用量一般不超過(guò)填充母料的3 %。增混層即載體樹(shù)脂層。母料的技術(shù)關(guān)鍵是使其在塑料制品中均勻分散，這與載體樹(shù)脂的選擇有密切關(guān)系。載體樹(shù)脂的選擇一般要求如下:

⑴載體樹(shù)脂應選用與基體樹(shù)脂結構相同或相近的，以利于母料與基體樹(shù)脂相容;

⑵載體樹(shù)脂應有較高的熔體流動(dòng)速率(MFR) 。其熔體的MFR 應略大于基體樹(shù)脂的MFR 值。

⑶載體樹(shù)脂最好能與填料(CaCO?) 或分散劑相互作用。載體樹(shù)脂的用量一般為填充母料的15 %～50 %。

 

4. 3填充母料的制備

 

⑴母料的組成

填料核:500 目碳酸鈣 50

偶聯(lián)劑:鋁酸酯DL - 411 0. 5

分散劑:硬酯酸 2. 5

聚乙烯臘 0. 5

載體樹(shù)脂P5028S2 50

⑵母料的制備過(guò)程

將載體樹(shù)脂PP5028S2 及事先用鋁酸酯偶聯(lián)劑處理好的CaCO3 各50kg、硬酯酸2. 5kg、聚乙烯蠟0. 5kg依次投入高速捏合機中，捏合5min 后輸入擠出造料裝置，熔融擠出造粒即得母料。

 

4. 4母料的應用與效益

自1993 年底以來(lái)，用自制填充母料填充聚丙烯(PP5004) 生產(chǎn)扁絲近4000t ，自制填充母料與通用的以PP 無(wú)規物(app) 為載體的填充母料相比有以下優(yōu)點(diǎn):⑴填充量大，即在獲得相同物性指標的扁絲情況下，其填充量可提高2. 5～3 倍

 

絲拉伸強度與母料填充量的關(guān)系

⑴扁絲的拉伸強度達到最高值0. 35～0. 36N/ tex ，此時(shí)，自制母料的填充量為15 % ，而外購母料的填充量為5 %。低填充量時(shí)，扁絲的拉伸強度隨填充量的增加略有提高，當填充量達到一定值后，扁絲的拉伸強度隨填充量的增加而降低。對此可以作這樣的解釋?zhuān)寒敱饨z受到外力作用時(shí)，由于母料中的偶聯(lián)劑對PP 大分子具有偶聯(lián)和纏結作用，這就有效地傳遞和轉移應力，使應力分散均勻，延緩了PP 扁絲的亞微細裂縫發(fā)展進(jìn)程，其結果則表現為扁絲的拉伸強度隨母料填充量的增加而有所提高；當母料的填充量增至一定值時(shí)，由于碳酸鈣含量的增加，則對PP 大分子的分子間力(范德華力) 產(chǎn)生了更大的削弱作用，因而導致扁絲的拉伸強度隨著(zhù)母料的增多而下降。

⑵扁絲生產(chǎn)工藝穩定，母料分散均勻，降低了原料消耗，提高了扁絲收率。

⑶單純使用PP5004 扁絲編織時(shí)，始終有少量(約35 %) 的扁絲沿縱向開(kāi)裂、起毛、重者斷絲，影響了編織效率和質(zhì)量;加入母料后的扁絲的開(kāi)裂性得到了明顯的改善，提高了編織效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

 

絲纖度與開(kāi)裂數的關(guān)系

填充母料的扁絲開(kāi)裂數比純PP 扁絲的開(kāi)裂數減少60 %～70 %;隨著(zhù)扁絲纖度的提高，其開(kāi)裂數減少。填充母料對改善扁絲開(kāi)裂的機理可以作這樣的解釋:當生產(chǎn)扁絲時(shí)，在牽伸過(guò)程中，PP 大分子沿拉伸受力方向高度取向，分子的橫向聯(lián)系大大削弱，因而織布時(shí)扁絲易開(kāi)裂;而含有母料的扁絲由于其中含有鋁酸酯偶聯(lián)劑，它對PP 大分子具有偶聯(lián)纏結作用，織布時(shí)它能有效地傳遞和轉移應力，使應力分散較均勻，扁絲的橫向強度有了提高，因而減少了扁絲的開(kāi)裂現象。

⑷經(jīng)濟效益顯著(zhù)。該母料經(jīng)過(guò)遼化塑料制品廠(chǎng)的應用，取得了可觀(guān)的經(jīng)濟效益。該廠(chǎng)現有扁絲產(chǎn)量2100t/ a ，母料填充量為15 % ，即一年可用母料315t 。每噸母料生產(chǎn)成本為5800 元，而PP5004 為每噸10300 元，315 噸母料可節省原料費:315 ×(10300 - 5800) = 142 萬(wàn)元，使用外購app 填充母料時(shí)，填充量為5 % ，即一年可用母料105t ，母料購價(jià)為2400 元/ t ，105t 母料可節省原料費:105 ×(10300 - 2400) = 83 萬(wàn)元

由上可知:使用自制母料比使用外購母料一年可節省原料費59 萬(wàn)元。

 

5 結語(yǔ)

 

通過(guò)母料的制備與應用，可得出如下結論：

⑴從技術(shù)和經(jīng)濟角度綜合考慮，選擇400～500 目的CaCO? 制備填充母料較為適宜。

⑵偶聯(lián)劑的選擇和使用至關(guān)重要，選用鋁酸酯偶聯(lián)劑能制備出與基體樹(shù)脂相容性好的填充母料。

⑶絕大多數的塑料制品(微膜和位伸膜除外) 均可通過(guò)填加母料達到降低成本和改善制品性能的目的，但填加量應視制品種類(lèi)和使用要求而定，一般在薄型制品中母料的填加量應少一些。生產(chǎn)扁絲時(shí)，CaCO? 的含量不應超過(guò)7. 5 %(相當于填加15 %母料時(shí)原料或扁絲中CaCO? 的含量) 。否則，將會(huì )降低扁絲的某些物性指標，影響扁絲的使用效果，而且還會(huì )對扁絲的生產(chǎn)和所用設備產(chǎn)生較嚴重的磨損。

⑷該母料由于配方及制備工藝較為合理，以及選擇了最有效的偶聯(lián)劑和與基體樹(shù)脂相同而流動(dòng)性又好于基體樹(shù)脂的樹(shù)脂為載體，因此填充量可比app 填充母料提高2 倍以上。

⑸使用該母料可減少扁絲開(kāi)裂，具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。

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