碳酸钙填充吹膜料的研制与生产

碳酸钙填充吹膜料的研制与生产
林春兴
乌鲁木齐石化总厂塑料厂乌鲁木齐 830019
摘要：把用偶联剂活性过的碳酸钙填充到聚丙烯中，再与线性低密度聚乙烯PE0209共混改性，就可得到与PE0209性能相当的吹膜料，其成本将大为降低。

关键词：聚丙烯聚乙烯碳酸钙偶联剂共混改性
一、前言
用纯的线性低密度聚乙烯PE0209进行吹膜袋的生产，质量虽好，但价格较高。

为了降低原料成本，从而降低产品成本，提高经济效益及市场竞争力，我们决定研制碳酸钙填充吹膜
料。

在新疆地区，填充料碳酸钙、滑石粉原料丰富，取材方便，价格便宜是理想的填充材料，实验证明，在聚丙烯中填充一定比例的碳酸钙（1000目左右）再与线性低密度聚乙烯共混之后，其材料的加工性能比PE0209有显著改善，拉伸强度显著提高且断裂伸长率降低不多，能对内膜袋起到补强作用，使改性之后的内膜袋质量达到或超过PE0209的产品质量。

二、实验部分
1实验过程
配方筛选——造粒——打样条——做拉力测试——根据结果确定配方——集中造粒15～20公斤待试——吹膜——对内膜袋做性能测试——小结
2实验所使用的主要原材料
聚丙烯粉料石化新峰公司生产
线性低密度聚乙烯PE0209 独山子石化公司生产
滑石粉、碳酸钙乌市三德公司生产
偶联剂福师大高分子实验工厂生产3主要实验设备
GH-1008 高速混合机北京塑料机械厂SHJ-30 双螺杆混炼挤出机南京塑胶机械厂SZ-250/1000-ZX 塑料注射成型机无锡第二轻工机械厂LJ-10000N 机械式拉力实验机承德实验机厂1吹膜粉料的配制
将碳酸钙或滑石粉（800g）先放入高搅机中与偶联剂一起高速搅拌3分钟后，加入533g聚丙烯及抗氧剂，高速搅拌2分钟，向混合料中加入线性低密度聚乙烯PE0209(2000g)低速搅拌2分钟后，将混合料从高速混合机内取出，冷却至室温，则吹膜粉料制成。

1将配置好的吹膜料加入双螺杆挤出机中造粒，干燥后，用注塑成型机制作强度测试样条，放在30℃水浴中恒温24小时
后，按强度测试要求测试样条德强度及伸长。

2性能测试
按GB/T1040-92对待测样条作强度伸长测试。

3结果与讨论
我们最后确定的配方与纯PE0209性能测试对比，如表1
配方与纯PE0209性能测试对比表
a)偶联剂的选用
在填充改性塑料中所使用的填料大部分是无机填料，这些无机填料无论是盐、氧化物还是金属粉体，都属于极性的，水不溶性物质，其热膨胀系数，熔点、比重、表面能、弹性率等性质都和塑料有很大差异。

当他们分散于极性极小的有机高分子树脂中时，因极性的差别，造成二者的相容性不好，从而对填充塑料的加工性能和制品的使用性能带来不良影响，因此对无机填料表面进行适当处理，通过化学放映或物理方法，使其表面极性接近所填充的高分子树脂，改善其相容性时十分必要的。

在进行填料表面处理时，从填料的种类、性质、聚合物种类性能及加工工艺以及处理剂种类和处理工艺出发，应遵循如下原则：
（1）填料表面极性与聚合物极性相差很大，应选择填料表面处理后极性接近聚合物极性的处理剂；
（2）填料表面含有反映较大的官能团，则应选择与这些官能团在处理或填充工艺过程中能发生化学反应的处理剂，填料表面如呈酸（碱）性，则处理剂应选用碱（酸）
性；如填料表面呈氧化性（还原性），处理剂应选用还原性（氧化性），如填料表面具有阳离子（阴离子）交
换性，则处理剂应选用可与其阳离子（阴离子）进行置
换的类型。

（3）对处理剂而言，能与填料表面发生化学结合的比未发生结合的效果好，并应选用聚合物加工工艺条件下不分
解，不变色以及不从填料表面脱落的处理剂。

根据以上原则及偶联剂的应用范围和大量实验证明，我们选用了铝酸酯偶联剂作为对碳酸钙的表面处理剂。

其作用机理在于铝酸酯偶联剂的单分子膜可以置换碳酸钙表面的水而生成一有机链分子层，因而亲水性变成亲有机性，提高了聚丙烯对其亲和性能和耐热水性能；再者，碳酸钙经铝酸酯偶联剂表面处理后，填料表面由亲水性变为亲有机性，吸水率下降，吸油率变小，颗粒粒径变小，水中沉淀体积增大，用作填料可使填充量大幅度增加，加工性能改善，产品质量提高，节能降低成本10～30％。

选好偶联剂的下一步关键则是要确定其用量。

偶联剂加入量非常重要，不仅关系到成本，而且对材料性能影响很大。

偶联剂加入量过大，润滑性增大，剪切刀不起作用，加入量过小，则填料分散性不好。

我们通过不断实验发现，将偶联剂用量控制到填料用量的2％时，填料碳酸钙有较好活化效果，材料性能也最佳。

2碳酸钙的填充份数
随着碳酸钙填充份数的不断增加，材料的成本下降，但是材料的力学性能、加工性能并不是一直增加的。

我们的目的就是在保证产品质量的前提下，降低材料成本。

拉伸强度和断裂伸长率是材料的重要力学指标，我们通过实验则是要确定填充份数和强度伸长之间的对应关系。

通过实验我们发现粒径大小与填充量有很大的关系，在一定范围内（500-1000目），粒径越小，填充量就越大，材料的力学性能也越好。

如上表中用800目的滑石粉与1000目的碳酸钙再填充量相同的情况下，前者的材料力学性能就不如后者。

但是粒径也不是越细越好，在粒径
超过1000目的情况下，粒径越小，粒子之间越易吸附而结块，（可在400倍的光学显微镜下清楚看见）这种结块在于另外的固体颗粒（如聚丙烯粉料）混合时不易打开，因而不易混合均
匀，在熔体中也难以分散开，反而起不到应有的填充作用。

此外粒径分布较宽的粉料的装填性比粒径分布较窄的粉料装填更密实，因为小粒径的粒子可以进入大粒子之间的空隙中去。

综合以上原因，我们选择了最大粒径28μm，10μm通过率为85～90％，（详见表2）的碳酸钙作为我们的填充材料，取得了较为理想的填充效果。

在填充量达到20～28%时，材料仍具有很好的力学性能和加工性能，但是超过这一临界值后，材料的力学性能急剧下降，因此我们确定了碳酸钙的填充分数为20～28%，此时材料的拉伸强度和断裂伸长率都很好。

选用碳酸钙的测试指标
3.乙烯聚丙烯的共混比例及塑化次数
在聚乙烯中加入适量的聚丙烯形成的高分子合金能显著改善纯PE0209熔体的剪力粘度大，拉伸粘度低，易产生拉伸稀化的缺点，同时聚丙烯与聚乙烯形成的非均相共混物也给材料提供了优良的冲
击韧性，使其吹膜产品在摔包实验中不易破损，在实验中，本着降低成本，提高材料拉伸强度，且伸长损失较小的原则，我们发现在聚丙烯和聚乙烯共混比例为1：3--5时，材料具有优良的力学性能。

塑化次数的影响
理论上塑化次数越多，物料混合越均匀，材料的强度和伸长也应越高，但在实验中并没有出现预期的效果，其二次塑化后材料的强度和伸长反而不及一次塑化后的材料，分析其原因可能是塑化次数的增加，使其混合物不断经受高温，发生降解，分子量降低，导致材料性能下降，因而制吹膜料时其塑化次数不能太多。

4.在此实验基础上确定的1号配方和纯PE0209的吹膜袋在克重同为42g，厚度同为45um时，其撑绷破坏力大小基本相同，表3和表4是塑料厂质检室提供的内膜袋物性测试单和摔包测试单，反映我们最后确定的1号配方与PE0209性能基本持平。

表3和表4
由此上二表可以看出实验配方与内衬袋的各项性能乙与纯PE0209相当，所以此实验配方是可行的。

3--5
四．小结
用纯PE0209生产的内膜袋质量虽好，但成本高，我们通过实验在聚丙烯中填充了24%经过偶联剂表面处理的碳酸钙，再将聚丙烯与PE0209以1：3--5的比例共混制成粒料，在吹膜机上吹制成厚
45um重42g的吹膜袋，其产品质量与用纯PE0209生产的吹膜袋相当，大大降低了成本，待此结果应用于生产之后，必将为塑料厂带来更可观的经济效益。

参考文献：
塑料改性段予忠主编科学技术出版社
塑料配方设计王文广主编化学工业出版社
塑料填充改性刘英俊刘伯元主编中国轻工业出版社
高分子材料工艺学中国纺织大学主编中国纺织大学出版社。