重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣在無紡布填充的應(yīng)用對比分析

李奇洪 黃華彬 貝進(jìn)國

摘要：通過輕度改性的重質(zhì)碳酸鈣、非改性的重質(zhì)碳酸鈣與完全改性的輕質(zhì)碳酸鈣在無紡布填充的應(yīng)用試驗(yàn)對比分析，經(jīng)輕度改性的重質(zhì)碳酸鈣完全可應(yīng)用于無紡布行業(yè)，取代價格昂貴的輕質(zhì)碳酸鈣，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

關(guān)鍵詞：無紡布；重鈣；輕鈣；改性

無紡布的力學(xué)性能主要有拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，三種力學(xué)性能中，拉伸強(qiáng)度越大，彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度越?。环粗?，彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度越大。所以要綜合考慮，達(dá)到最佳的平衡點(diǎn)。

1實(shí)驗(yàn)材料和儀器

1.1實(shí)驗(yàn)原料

聚丙烯（PP）：粉料，三峰牌，南京煉油廠；

聚乙烯蠟（PEw）：青島邦尼化工有限公司產(chǎn)品，

硬脂酸鋅：江西宏遠(yuǎn)化工有限公司產(chǎn)品；

無紡布專用填充重質(zhì)碳酸鈣KL2：科隆公司立磨機(jī)生產(chǎn)

普通重質(zhì)碳酸鈣998：科隆公司億豐磨研磨；

輕鈣：金山化工生產(chǎn)；

抗氧劑1010。市售。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備（科隆客戶-南京強(qiáng)韌公司提供測試）

1.2.1多元素快速分析儀：DHF82型，湘潭市新科儀器有限公司；

1.2.2.粒度分析儀：POP-IV型，珠海歐美克儀器有限公司；

1.2.3.雙螺桿擠出機(jī)組：SHJ-36型，南京杰思特機(jī)電有限公司；

1.2.4.注塑機(jī)：ZX-80型，震雄集團(tuán)公司；

1.2.5.白度儀：DN-B型，杭州高新自動化儀器儀表有限公司；

1.2.6.萬能力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)機(jī)：CMTG6104型，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司：

1.2.7.沖擊試驗(yàn)機(jī)：ZBC140-B型，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司；

1.3 三種碳酸鈣的粉體性能表征分析對比：

1.3.1 化學(xué)成分

從表1可以看出，三種碳酸鈣的各種成分含量相當(dāng)，細(xì)小的差別不足以影響粉體的性能，以上三種碳酸鈣都適合在塑料中的加工應(yīng)用。

1.3.2 白度和吸油值：白度即粉體的潔白程度，只對PP的表面感觀產(chǎn)生影響，不會對力學(xué)及其他性能產(chǎn)生影響，而吸油值是表征粉體改性的重要指標(biāo)，吸油值越低，粉體改性效果越好。通過分析，三種碳酸鈣的白度和吸油值結(jié)果如下：

從表2的結(jié)果可以看出，科隆公司生產(chǎn)的998和KL2的白度均明顯高于輕質(zhì)納米碳酸鈣，但998的吸油值過高，而KL2和輕鈣是一樣的，但即便兩者吸油值相同，由于KL2是干法研磨只經(jīng)過部分改性即改性不完全，而輕質(zhì)納米碳酸鈣經(jīng)過了完全表面改性處理。

1.3.3 粒徑和粒徑分布：

粒徑分布是表征粉體顆粒大小及結(jié)構(gòu)的指標(biāo)，也是影響碳酸鈣在制品中使用效果的重要影響因素，通過分析，三種碳酸鈣的粒徑分布如下：

從表3可以看出，輕鈣的D50、D97要比998、KL2要大，但是輕鈣是經(jīng)過完全表面改性處理的，粒子表面包裏了一層有機(jī)物，增加了顆粒粒徑和體積，因此即便表征結(jié)果是998、KL2細(xì)粉含量較多，并不代表粒子真實(shí)粒徑，輕鈣的真實(shí)粒徑是小于科隆的KL2、998的。

2實(shí)驗(yàn)過程：

2.1實(shí)驗(yàn)配方：

在PE蠟、硬脂酸、硬脂酸鋅組分不變的情況下，三種碳酸鈣粉分別按5%、10%、20%、30%的比例（PP作相應(yīng)的減少）分別進(jìn)行配比。

2.2材料制備

首先，將碳酸鈣加入到高速混合機(jī)中，攪拌5min，當(dāng)溫度達(dá)到100℃，加入硬脂酸改性劑，混合10-15min，使硬脂酸改性劑與碳酸鈣充分反應(yīng)，然后再加入其他助劑和載體樹脂，混合10分鐘后，冷卻出料；再將混合好的原料加入到雙桿擠出機(jī)中熔融擠出造粒，加工溫度為：160-200℃；將粒料注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條進(jìn)行力學(xué)性能測試。

2.3性能測試

拉伸性能測試：按GB/T1040-1992測試；

彎曲性能測試：按GB/T9341-1988測試；

簡支梁缺口沖擊性能測試：按GB/T1043.12008測試，采用2J的沖錘；

懸臂梁缺口沖擊性能測試：按GB/T1843-2008測試，采用2.75J的沖錘；

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 PP/nano-CC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度結(jié)果如下：

表5和圖1是三種不同碳酸鈣不同的添加比例的 PP/nano-CC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比較，從表5和圖1可以看出，隨著碳酸鈣添加量的增加，PP/nano-CC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度逐漸下降，而添加量小于10%時，PP/nano-CC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度下降不明顯，當(dāng)添加量超過10%以后，PP/nano-CC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度顯著下降，并且添加輕鈣的 PP/nano-CC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度均略高于添加重鈣的復(fù)合材料，從數(shù)據(jù)上看，科隆KL2因加入了偶聯(lián)劑改性，其與PP材料的交聯(lián)效果要優(yōu)于普通重鈣，性能更接近于桂林金山化工的輕鈣。當(dāng)添加至20%以上時，數(shù)值與輕鈣相比較接近，沒有顯著的區(qū)別。

3.2 PP/nano-CC復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度：測試結(jié)果如下

從表7和圖3可以看出，隨著輕鈣添加量的增加，PP/nano-CC復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度逐步提高，而添加998、KL2兩種重鈣的PP/nano-CC復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度略高于添加輕鈣的PP/nano-CC復(fù)合材料.原因是在此配方體系下，重鈣比輕鈣在基體中的分激更好，更少出現(xiàn)團(tuán)聚的現(xiàn)象，減少復(fù)合材料中的應(yīng)力集中點(diǎn)，從而提高材料的沖擊受度。

4使用三種碳酸鈣作為無紡布填充材料的試驗(yàn)結(jié)果分析

綜合上面所作的試驗(yàn)分析，科隆粉體研發(fā)的無紡布專用填充碳酸鈣KL2的各項(xiàng)力學(xué)性能已接近輕鈣，而KL2的市場價1200元/噸，而市售的沉淀納米碳酸鈣其市場價至少在2200元/噸以上。這意味著在無紡布填料市場，經(jīng)過表面處理的重質(zhì)碳酸鈣可以取代輕鈣，同時也說明沒有經(jīng)過表面處理的重質(zhì)碳酸鈣綜合性能要明顯差。

（作者單位：廣西賀州市科隆粉體有限公司）