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碳酸鈣的表面處理

粉體顆粒表面處理的結果是使其由親水性轉變化疏水性,即親油性,有助于粉體顆粒與基體高分子樹脂之間形成相互融合的界面,從而提高填充塑料的性能。從另一角度講,顆粒粒徑越小,其表面能越高,越易發生團聚,而經表面處理后,其表面能明顯下降,從而可以大大降低顆粒之間的團聚傾向。

對某些塑料制品,碳酸鈣不經過表面處理照樣可以使用,例如軟質PVC塑料鞋底、人造革等。實際上這些制品加工時所加入的增塑劑已經起到了表面處理劑的作用。有些塑料制品不計較性能的優劣,更重視降低原材料成本,此時直接使用不經過表面處理的碳酸鈣也是可以理解的。表1列出碳酸鈣表面處理與否和處理優劣對填充體系缺口沖擊強度的影響。從表中數據可知,使用不經表面處理的碳酸鈣,填充材料的缺口沖擊強度較不填充的純塑料下降42%,而使用經一般偶聯劑處理的碳酸鈣,在相同條件下可達到不加填料的純樹脂的水平,而如果表面處理得非常好,可使填充PE的缺口沖擊強度提高10倍以上。

表面處理劑

書本上的表面處理劑種類繁多,但真 正使用量大的商品化的表面處理劑主要有硬脂酸、鈦酸酯偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑三大類,此外還有硅烷偶聯劑和磷酸酯偶聯劑等。

①對碳酸鈣表面處理用哪種處理劑好?

硬脂酸便宜,而且對聚氯乙烯塑料來說比較適合,因為硬脂酸除了可使碳酸鈣的表面有機化外,還可以做為聚氯乙烯的外潤滑劑使用。對聚烯烴塑料來說,硬脂酸也可以用來處理碳酸鈣,但用量較大,且因無化學反應僅起包覆作用,故整體效果不如偶聯劑。

幾種偶聯劑都可用于碳酸鈣表面處理,但各具特點。鈦酸酯偶聯劑多為液態,易分布開來,但通常顏色較深,在要求白度高的產品中不適合;鋁酸酯價格比鈦酸酯便宜一些,顏色呈白或淡黃色,利于做白色制品,但通常為固態臘狀,熔融和分布開來需要足夠的時間;硅烷偶聯劑十分昂貴,而且由于分子結構上柔性碳鏈少且短,對填充塑料的加工流動性有影響。

在選擇表面處理劑時要同時考慮價格、效果兩個方面,特別要從處理好的重鈣將用于哪一種塑料和制品方面考慮并決定。

②為什么市售偶聯劑的價格相差懸殊?

同一類偶聯劑本身受基本原材料的價格限制,其價格相差并不會很懸殊,但市售的偶聯劑產品中因有效成分多少不同,價格就相差很大。例如鋁酸酯偶聯劑商品中,中間體異丙醇鋁的多少直接影響著成本,它的價格是輔助成分硬脂酸、石蠟的4~5倍,又如鈦酸酯偶聯劑中溶劑的多少也直接影響著價格。因此,購買偶聯劑要看其使用效果,而不能一味追求價格越低越好。

③偶聯劑如何使用?

使用偶聯劑關鍵的問題是要讓它以快的速度到達碳酸鈣的每一個顆粒跟前并與之發生化學反應形成化學鍵合。這就要求一是要在高速運動狀態下分布開來,二是要有適當的溫度利于化學反應的進行。此外還有一個氫質子(H+)的來源問題,如果碳酸鈣中水分含量高,偶聯劑有可能與水行反應(H+由H2O來提供),而不是與碳酸鈣表面上的羥基反應,那么表面處理的目的就不能達到了。因此須要保證快速分布、溫度適宜和不含水分三個條件,才能發揮出偶聯劑應有的作用。至于是否應先溶于溶劑,是否一定要以噴霧形式加入到處理設備中,一定要分批分次投入,經實踐表明這些并不重要。

表面處理優劣的判斷問題

由于我們對粉體顆粒表面處理的機理和實際情況還不是十分清楚,還由于有些情況下表面處理是在塑料加工過程中原位進行的,因此對于粉體表面狀態是否已經達到了我們預期的要求,我們很難判斷。

簡單的辦法是看已表面處理的粉體材料能否漂浮在水面上,杯中的水是否混濁。再進一步可通過測定沉淀的粉體數量計算活化率。按照嚴謹的科學態度,這種判斷僅能算是粗淺的,不可靠的一種定性的判斷。因為我們不知道粉體顆粒是否團聚了,團聚體內層的顆粒是否也已獲得有機化了,以及不親水是否就一定能和塑料基體大分子能形成良好的相界面了。一方面我們期待有關學者和科技人員在微觀形態上進行深入研究,另一方面我們只能通過后的宏觀結果來判斷所做的表面處理是否成功,效果是否良好,從而獲得技術、經濟兩方面都能接受的結論。

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