碳酸钙作为**大无机粉体材料,在塑料中直接利用会造成尘土飞扬,严重破坏生产环境。同时,由于其为亲水性材料,直接加入亲油性树脂中分散性很不好,因此对于碳酸钙粉体而言,一般需要事先将其加工成母料提供给客户,这样可以解决生产环境和相容性问题。碳酸钙母料一般由载体树脂、碳酸钙粉体、分散剂、偶联剂、润滑剂、抗静电剂、抗氧剂等组成,各组分的具体选择如下。
1、碳酸钙的选择
碳酸钙是母料的核心,它决定母料的基本性能。碳酸钙母料中碳酸钙粉体的含量,用双螺杆挤出机生产一般含量为80%左右,用连续密炼机生产一般含量为88%左右。
碳酸钙有很多品种,大类上可以分成重质碳酸钙和轻质碳酸钙,而重质碳酸钙又可以分成方解石碳酸钙、大理石碳酸钙和白云石碳酸钙,方解石碳酸钙又可以分成大方解石碳酸钙和小方解石碳酸钙。
具体设计配方时如何选择重质碳酸钙和轻质碳酸钙?从吸油值上考虑:轻质碳酸钙的吸油值远远大于重质碳酸钙,如果配方含有液体助剂,应该选用重质碳酸钙。从性能上考虑:轻质碳酸钙对冲击强度改性有利,而重质碳酸钙对拉伸强度的贡献大。从价格上考虑:同等粒度的重质碳酸钙要比轻质碳酸钙便宜30%左右。从所填充的树脂上考虑:PVC制品中**轻质碳酸钙,因为轻质碳酸钙的碱性更强,可以及时吸收分解的酸性物质HCl,提高PVC加工中的热稳定性。
如果确定选择重质碳酸钙,具体又该选择何种重质碳酸钙?根据改性性能需要选取不同品种的重质碳酸钙,具体见表1所示。
表1四种不同的碳酸钙填充PP的性能对比
虽然碳酸钙的具体品种已经选定,但是同一种类的碳酸钙,不同产地的品质不同,用不同磨粉设备磨出来的碳酸钙粉末粒度分布不同、颗粒外观形状不同,因此改性效果也大不相同。
2、载体树脂的选择
碳酸钙母料载体树脂选择的几个基本原则如下:
(1)载体树脂要与基体树脂相容性好
理论上为了保证载体树脂与基体树脂的充分相容性,尽可能选择相同的树脂,如PE选择PE、PP选择PP。但是,有时相同的树脂无法选择,只能选择相容性好的其他树脂,如PE选择PP、POE、EVA等相容性好的树脂,PVC、PC、PET、PA等常选用相容性好的EVA为载体树脂。
(2)载体树脂的流动性要高于基体树脂
理论上载体树脂的流动性要高于基体树脂,而且高得越多越好,只有这样才能保证母料在基体树脂中具有良好的分散性。但是实际上,载体的选择要在分散性和填充复合材料强度之间选择平衡,载体树脂的MI越大母料的分散性越好,但复合制品的强度越低。因此在**分散的条件下,载体的MI越小越好。例如对于管材填充母料MI选择与基材接近的树脂;再如无纺布填充母料的载体选择共聚PP,*好与无纺布原料技术指标接近、MI接近,这样可以保证强度。正常条件下,载体树脂的MI要大于基体树脂10g/10min以上*好。
(3)载体树脂的熔融温度要低于基体树脂
载体树脂的熔融温度要低于基体树脂,至少不能够高于基体树脂,保证载体树脂在基体树脂熔融之前先熔融,这样才有利于母料中无机粉体的分散。基于此项原则,PP和HDPE可以选用LDPE、LLDPE、HDPE、PP或者共混物为载体,LLDPE和LDPE只可以选用LLDPE、LDPE或者共混物为载体,切记LDPE不能选用HDPE、PP为载体。也*是说,如果选用HDPE为载体,不能用于LDPE和LLDPE基体树脂,只能用于HDPE或者PP基体;如果选用共聚PP为载体,只能用于HDPE或者PP基体树脂。
(4)*好选择多种树脂组成混合载体
基于上述原则,碳酸钙填充母料载体以高熔指的LDPE、HDPE、LLDPE、PP为主体,根据性能需要经常采用这些载体之间的混合使用,以增加载体的功能性,具体如LDPE/HDPE、HDPE/LLDPE、LDPE/LLDPE、PP/HDPE等。根据性能需要还可以适当加入mLLDPE、POE、EVA等。如mLLDPE可以明显增加薄膜的拉伸强度、热封强度和耐穿刺性能,POE、EVA可以明显提高薄膜的冲击强度,EVA、PCL可以提高热封强度。
*后一点,*好选择粉体树脂,这样粉体树脂与无机粉体颗粒尺寸接近,更容易混合均匀。
3、助剂的选择
除了载体树脂和无机粉体之外,配方中必须要添加的助剂有铝酸酯偶联剂、聚合物蜡类分散剂、润滑剂等。一般无机粉体越细,上述其加入量相对增加,具体见表2所示。
表2 不同粒度碳酸钙母料配方
(1)偶联剂
配方中加入偶联剂的目的为将无机粉体由亲水性变成亲油性,增加与亲油性树脂的相容性,增加界面的厚度,提高填充材料性能或者降低对填充材料性能的影响度。
偶联处理前要注意买来粉体的处理状况:
◆如果用硬脂酸处理过,注意不同再用钛酸酯偶联剂处理,这样会降低偶联效果;
◆如果加入水性助磨剂处理过,再用亲油的偶联剂处理,可以形成双亲功能,处理效果好,例如可以使碳酸钙的吸油值降低到22%,粘度下降3倍之多,电镜图片显示界面厚度明显增厚。
◆如果表面没有进行过处理,可以采用任何方法进行后续处