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活性碳酸钙/改性碳酸钙的特点及常用改性剂
2014年11月25日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:8899
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      作为填料使用的碳酸钙,若未经表面处理,与有机高聚物的亲和性较差,容易造成在高聚物中分散不均匀,从而造成两种材料的界面缺陷,因此需要改进碳酸钙填料的应用性能。活性碳酸钙(又称改性碳酸钙)是以普通碳酸钙粉体(有重钙和轻钙之分)为基料,采用多功能表面活性剂和复合型高效加工助剂,对无机粉体表面进行改性活化处理而成。

      经改性处理后的碳酸钙粉体,表面形成一种特殊的包层结构,能显著改善在聚烯烃等高聚物基体中的分散性和亲和性,并且能与高聚物基体间产生界面作用,从而提高制品的抗冲击强度,是一种性能优良的增量型填充料。


      用表面活性剂处理碳酸钙时,由于碳酸钙是无机物,所以它和表面活性剂的亲水基有很大的亲和力,它们之间进行类似化学键这样的化学结合,亲油基就定向于碳酸钙微粒的表面,形成一层单分子膜。这就是活性碳酸钙生产的基本原理,这样处理过的填料已由亲水性变 为亲油性,对树脂一类的有机物有良好的亲和力。 必须指出,可以用来对碳酸钙进行表面处理的,除了表面活性剂以外,还有近年来发展起来的有机偶联剂以及各种改性剂。凡是用这些物质处理的碳酸钙都可以笼统 地称为活性碳酸钙。


      活性碳酸钙对一般橡胶、塑料制品均具有一定补强性,改善无机填料与树脂的相容性,从而改善制品的机械性能、加工性能,提高复合材料 的热稳定性,实现高填充。 pvc管材、板材、电缆料等,可提高复合材料热稳定性、表面光洁度、填料填充量,减少树脂用量,降低成本。 pp、pe、橡胶等,特别适用pvc管材,可提高复合材料热稳定性、表面光洁度、填料填充量,减少树脂用量,降低成本。

 

      早期活性碳酸钙生产多数以轻钙为主要基料。由于轻钙的生产工艺复杂,价格高,同时生产轻钙对环境产生污染,近十年的趋势是重钙逐步取代轻钙。国外经济发达国家重钙对轻钙的使用比约为14-18:1,明显高于我国。随着相关行业的发展,在上述应用领域内,我国重钙对轻钙的用量比逐步达到8-12倍。

      

       常用改性剂及处理方法 


       对于重钙,常用的表面改性剂为硬以酯酸及其盐、偶联剂等。

 

       1、硬酯酸及其盐


       常用的改性方法是将碳酸钙进行干燥,除去水份,在改性设备中进行。干度控制在100-110℃,时间0.5-1.0h或更短即可。将干燥后的重钙加入改性设备,边搅拌边加入硬酯酸或其盐。硬酯酸的用量约为碳酸钙质量的0.8-1.0%。反应温度控制在100℃左右、时间15-30min,产品即可进行包装。 


      硬酯酸或硬酯酸盐改性碳酸钙具有相当好的补强作用,可取代炭黑和白炭黑填料。改性碳酸钙填料可提高塑料制品的耐冲击性能,在涂料工业中能部分取代钛白粉。 


      2、偶联剂 


      2.1 钛酸酯偶联剂:钛酸酯偶联剂根据分子结构和矿物表面偶联剂的构型,分为单烷氧基型、螯合型、配位型三种。 


       单烷氧型。除焦磷酸酯基外,因耐水性差,只能将偶联剂用有机溶剂或惰性无水增塑剂稀释,溶剂和偶联剂质量比应大于1,经充分搅拌溶解后,滴加或喷洒到预先烘干的重钙粉体表面拌匀,在90-100℃的改性设备中搅拌15min以上即可。也可将碳酸钙放入含有偶联剂溶剂中搅拌均匀,偶联剂将重钙包裹后,把多余的溶剂脱除. 


       螯合型。耐水性能好,可在水相中包覆重钙粉体,但大多不溶于水,可用水性溶剂、表面活性剂或高速搅拌等法,促使乳化分散在水中。含磷酸基、焦磷酸基及磺酸基的钛酸酯可用胺类试剂使之季胺化后溶于水。如用KR-138S螯合型偶联剂对碳酸钙粉进行改性时,将1份KR-138S和0.5份三乙胺混合制成季胺盐,并分散600份水中,加入200份碳酸钙,充分搅匀,脱水,烘干即可。 


      配位型。配位型偶联剂和螯合型的用法相似,因为耐水性好并且大多数不溶于水,因此可先将其溶有机溶剂中再包覆碳酸钙粉料。 


      钛酸酯偶联剂的用量,约为碳酸钙质量的0.5-3.0%。 钛酸酯偶联剂处理后的重钙粉,与聚合物分子有很好的相容性。由于它能在碳酸分子和聚合物分子之间形成分子架桥,增加了有机聚合物或树脂与碳酸钙之间的相互作用,相应提高了热塑性复合材料的力学性能,如冲击强度、拉伸强度、弯曲强度以及伸长率等。 


      2.2 铝酸酯偶联剂:铝酸酯偶联剂的改性方法,与其他各种偶联剂的改性方法类似。将重钙粉料置于100-130℃的改性设备中,边搅拌边烘干,约十多分钟,然后分三次加入计量的偶联剂。每次间隔2-3min,加完后,再搅拌5min即可。铝酸酯偶联剂的用量,大约是面酸钙质量的1%-2%。铝酸酯偶联剂对生钙的改善效果,与钛酸偶联剂的相当,优于硬酯酸及其盐。另外,铝酸酯偶联剂价格低廉,颜色浅,不影响产品的白度。


      通过实验数据比对发现,偶联剂的改性效果优于硬酯酸的改性效果,特别是钛酸酯偶联剂更为明显。由于偶联剂与碳酸钙表面的羟基作用形成化学键,在碳酸钙表面覆盖一层偶联剂单分子膜;并且钛酸酯偶联剂另一端与高分子聚合物相混溶,使碳酸钙与PVC结合得很好,制品具有很好的弹性和抗冲击性能。

(粉体圈  作者:梧桐)


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