高填充活性碳酸钙的生产及性能

高填充活性碳酸钙的生产及性能

作者：童登友

来源：《中国科技纵横》2010年第21期

摘要:螯合型双核硼酸酯偶联和界面诱导剂生产的活性碳酸钙,可大幅提高PVC/CaCO3复合体系填充量,经力学性能测试表明,其具有优良的增强性和加工流变性,可大幅降低PVC制品生产企业成本,是一种新型的多功能高填充活性粉体填料。

关键词:高填充活性碳酸钙螯合型双核硼酸酯偶联剂界面诱导剂聚氯乙烯生产成本

碳酸钙是一种性能优良,价格低廉的无机粉体材料,广泛用于塑料、橡胶、造纸、涂料等各个生产领域。近年来由于国际原油价格上涨,导致下游生产企业成本不断提高。为降低生产成本,研制开发性能优异的高填充粉体材料已变得非常活跃,在该领域目前已成为各国科学研究者研发的重点。

在PVC塑制品加工中加入活性碳酸钙可提高制品硬度、尺寸稳定性、耐热性、降低生产成本⑴。但随着填充量增加,塑制品的力学性能下降,其拉伸强度和抗冲击强度下降幅度最大,当填充量超过80份后,拉伸强度和抗冲击强度只能达到国标的最低下限植,异型材中填充量也只能在15份以下,在电缆粒料中,当复合制品比重超过1.36时,力学性能、介电性能、老化性能及光洁度迅速下降。影响PVC/CaCO3复合体系力学性能的因素很多,就活性碳酸钙生产企业来说,一般与碳酸钙粒径、表面性质、活性碳酸钙生产工艺、生产配方、表面改性剂性能及加工设备性能等因素有关,其中表面改性剂性能及生产工艺是活性碳酸钙生产中最关键的因素,它的好坏直接影响活性碳酸钙的使用性能。表面改性剂的分子结构、极性、分子量、双亲基团活性以及成份中脂肪酸金属盐对氯化氢气体的化学稳定性是衡量和选择表面改行剂的重要依据。为此我们在聚氯乙烯平面结构理论⑵,诱导理论⑶的指导下,用含有双键的螯合型双核硼酸酯偶联剂和界面诱导剂研制出了一种性能优异的新型高填充活性碳酸钙,在与PVC树脂的复合加工中,活性碳酸钙包裹层中的界面诱导剂能帮助偶联剂分子中的双键、极性酯基、非极烃基与大分子PVC内残留双键、末端1—氯乙烯基双链⑷、机械加工中断裂的大分子自由基及聚氯乙烯大分子充分地完成取代、接枝、嵌段、聚合及表面吸附,提高了复合体系的力学性能。同时由于双核硼铝酸酯偶联剂具备了铝酸酯偶联剂的补强性和硼酸酯偶联剂优良的流变性及热稳定性,使高填充活性碳酸钙的生产得以实现,生产工艺得到全新的变化,也使PVC塑制品生产企业成本迅速下降,产品质量大幅提高。

为了保证活性钙在使用中的补强性、流变性、光亮度等,应根据轻质碳酸钙的流动角、沉降体积、吸油值、比表面积等来确定硼铝酸酯偶联剂、界面诱导剂、硬脂酸、油酸酰胺、氧化聚乙烯蜡等活化剂的添加量,这样不论使用何种轻质碳酸钙都能生产出一致的活性碳酸钙,使碳酸钙生产企业和PVC塑料制品生产用户双赢。

1 生产工艺

1.1主要原材料

螯合型双核硼铝酸酯偶联重庆市化工研究院

铝酸酯偶联重庆市化工研究院

界面诱导剂自制

轻质碳酸钙云南通海化工有限责任公司生产

硬脂酸印泥产1801

1.2 活性碳酸钙的制备

将水份含量小于0.3%的轻质碳酸钙加质入活化锅中,待钙粉温度上升至60℃时,加入轻质碳酸钙重量0.7-1.5%的双核硼铝酸酯偶联、硬脂酸等协同活化剂对轻质碳酸钙进行活化处理,待处理完毕后,将活性碳酸钙放入低温活化锅中加入微量的界面诱导剂对活钙进行二次物理混合即可包装待用。

1.3 PVC/CaCO3复合样条的制备

将用铝酸酯偶联,硼铝酸酯偶联和界面诱导剂制成的活性碳酸钙分别与PVC树脂、热稳定剂按一定的比例在开炼机上于170- 175°混炼均匀,再经压力机在175-180℃、200Kgf/cm压力下成4 mm厚板,用冲压机裁取哑铃型样条。

1.4测试方法

按GB/T1040-1992塑料拉伸性能试验方法,在拉力机上测定试样的拉伸强度和断裂伸长率。

2 测试结果与讨论

从表1可看出,在PVC:CaCO3=100:80的复合体系中,含有硼铝酸酯偶联剂的试样各力学值比铝酸酯偶联剂试样好,而添加了界面诱导剂的硼铝酸酯偶联剂试样的各力学指标更是大幅度提高,说明用螯合型硼铝酸酯和界面诱导剂制成的活性碳酸钙能达到了高增填、增强、增亮的目的。

表2 在PVC型材中的性能

从表2看出,用硼铝酸酯、界面诱导剂制成的活性碳酸钙在PVC型材的加工中塑化时间最短,扭矩最小。说明该品比铝酸酯偶联剂具有更好的相溶性和加工流变性,改善了制品的加工性能,降低了能源消耗。

3 结语

采用螯合型硼铝酸酯和界面诱导剂制成的活性碳酸钙,在PVC/CaCO3复合制品的加工中具有优良的高填充性、补强性、流变性和热稳定性,使活性碳酸钙生产工艺发生了根本的变化,并且使PVC塑料制品生产企业大幅度的降低了生产成本,因而碳酸钙厂必须走专用化道路今后才有出路。

参考文献

[1]山西化工研究所.塑料橡胶加工助剂.

[2]史悠彰.聚氯乙烯高分子化学的理论与实践.

[3]于建.界面诱导理论.

[4]M.Carrega et al.Anal.chen,42,1807(1970).