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            广西重质碳酸钙在塑料中常见问题

            作者:贺州粉体生产厂家 来源: 发表日期:2021/11/16

            1.1 有关纳米碳酸钙的问题

            纳米技术和纳米塑料是近年来非常活跃而同时又屡遭非议的领域。标有纳米字样的研究成果及产品到处可见,其中不乏真识卓见,也有一些工业化的产品进入市场,但心存疑虑的大有人在。从产业化的角度看要求在经济上合理的前提下其性价比明显提高,即可认定有其产业化的价值,而从学术的角度看,纳米仅仅是一个长度的度量单位,具有纳米尺度的(通常公认三维方向至少有一个方向的长度小于100nm)颗粒能否均匀地、互不粘连地分散在塑料基体中,是判断能否称之为纳米塑料的关键。因为只有当纳米尺度的颗粒像海岛一样分布在基体塑料的汪洋大海之中时,纳米技术的小尺寸效益、大比表面效应和量子化效应才能真正体现出来,从而带来材料性能质的飞跃,而不是仅仅得到一些提高和改善。

            例如含有4.2%蒙脱土的尼龙6,较之纯尼龙6其拉伸强度提高50%,模量提高100%,而冲击强度基本不变,同时热变形温度提高近90℃,透明性增加,吸水性下降。微观观察此种尼龙可知蒙脱土颗粒确实是以纳米尺度的碎片分散在尼龙6基体中,而且呈全剥离型,即形成了真正意义上的纳米塑料。

            首先要强调指出的是蒙脱土是一种层状硅酸盐,但并不是添加到塑料中就成为纳米塑料。如果蒙脱土始终保持着原来的结构,层间距不变,仅仅以细小颗粒的形式分散在基体塑料中,其颗粒尺寸仍然在微米级范畴,那得到的只是传统意义上的填充改性材料,不能称之为纳米塑料。如果聚合物分子已经插入到蒙脱土结构片层层间,并使其间距增大,但叠层的结构仍然保持着(插层型复合),此时复合材料的性能将会有所改进,但幅度不会太太,也不能称之为纳米塑料。只有蒙脱土的叠层结构被完全打破,约1nm大小的硅酸盐碎片无规则而又均匀地分散到聚合物基体中,分散相具有极小的尺寸和极大的比表面积(剥离型复合),才是我们所希望达到的目标。

            不可否认纳米碳酸钙在生产过程中某一时刻,其粒子大小确实处于十几到几十nm的范畴,但在随后的脱水、干燥过程中,这些原生粒子又团聚起来,作为商品到我们用户手里实际上是这些团聚体,利用现有粉体表面处理设备、处理剂以及后续的混炼设备都不可能将团聚体打散,从而不可能得到真正的纳米碳酸钙改性的纳米塑料。

            1.2 增重问题

            使用资源相对丰富的非金属矿粉体材料填充塑料其重要意义不言而喻,但由于非金属矿物的真实密度比合成树脂大得多,因此随着添加量增加,填充材料的密度明显增大。例如当密度达2.9g/cm3的重质碳酸钙加人到HDPE中,其重量百分数达50%时,填充塑料的注塑成型材料的密度达到1.6g/cm3,其重量百分数达到80%时,填充HDPE的密度达到2.0g/cm3。密度增大对以长度、面积、制件个数计算价值的塑料制品来说,有可能因为密度增大导致长度、面积下降或制件个数减少,不仅抵消了使用廉价矿物粉体材料带来的利益,还有可能得不偿失。因此尽管在技术上可以解决尽可能多使用廉价矿物粉体材料的问题,而且有的性能(如刚性、韧性、燃烧性等)还有求于密度大的矿物粉体材料,但毕竟塑料制品加工企业及其用户要综合考虑塑料制品技术性能与经济双方面的综合效果,然后才谈得上对资源、对环境的社会效益。填充塑料因密度增大而增重的问题已经严重制约塑料改性朝着资源、能源节约型和环境友好型行业迈进的目标。

            需要指出的是有的塑料制品对密度大的矿物粉体材料带来的负面影响并不敏感,如单向拉伸的编织袋扁丝、打包带、撕裂膜等,当这些制品在生产过程中基体塑料被单向拉伸时,大分子之间以及大分子和填充颗粒之间出现空隙,而且因拉伸比是固定的,从制品长度看,可以控制加工过程使之仍能达到不加填料时的长度,因此这些单向拉伸制品在填料添加量高达20%以上时,仍能在满足使用性能要求前提下大幅度降低原材料成本,增重带来的影响不大。在聚乙烯塑料薄膜加工过程中,膜泡受到纵向拉伸和径向吹涨,由于拉伸比和吹胀比大大低于单向拉伸制品的拉伸比,加入填料仍会使塑料薄膜的密度增大,但较之注塑制品,由于拉伸和吹胀同样给大分子之间、大分子与填料之间带来空隙,所以其密度的增大程度远远低于注塑制品。例如加入30%重质碳酸钙的HDPE薄膜,其密度不大于1.1g/cm3,而同样配方的注塑成型制品,其密度将达到1.3g/cm3左右。我们得到的启发就是如果在塑料制品成型过程中,在保证材料力学性能的前提下,如果能在基体塑料的大分子之间、大分子与填料之间、填料颗粒自身或相互之间生成空隙,就能将填充塑料的密度降下来,就能缓解甚至彻底解决增重问题。

            遵循这种思路,一些企业和科技人员已经做出了有希望的探索,如通过不同种类填料搭配使用,或预先对填料颗粒进行处理呈发泡体再与基体塑料混合,以及在注射成型时采取特殊工艺等方法,都取得了一定的效果。可以认为在增重问题上的突破并可用于实际生产,将为改性塑料的发展带来革命性的影响,值得我们为之努力!


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