填充母料用改性碳酸鈣技術要點（二）

 

活性碳酸鈣的研制

活性碳酸鈣的粒度對其應用影響很大，一般選400 目～500 目的碳酸鈣。碳酸鈣的粒徑越大，總比表面積越小，則與樹脂的接觸面積亦愈小，制品的物理機械性能愈差。但碳酸鈣的粒徑過小，會產生凝聚現象，難于在樹脂中均勻分散。將粒度為400 目～500 目的碳酸鈣投入高速攪拌機(捏合機) 中，于110 ℃～120 ℃下預干燥5～10min ，使碳酸鈣的含濕量小于0. 5 %(質量分數，下同) ，然后將鋁酸酯偶聯劑加入捏合機中，繼續運轉5min。經大量的實踐和理論推算，鋁酸酯偶聯劑的加入量為碳酸鈣的0. 75 %～2. 5 %。待機內物料溫度降至80 ℃以下，即可出料包裝。利用上述活性碳酸鈣，再進一步制得填充母料，此母料即可在塑料制品的加工中填充使用。其填充量可根據制品種類及使用要求而定，一般為5 %～30 %。使用這樣的母料不僅可降低制品成本，還可以改善制品的物理機械性能。

 

4 活性碳酸鈣填充母料的制備

 

4. 1填充母料的基本組分

 

母料的基本微粒單元由4 個部分組成，即填料核、偶聯層、分散層和增混層。填料核(本文系指CaCO?) 主要起到增容、提高剛性、降低成本等作用。偶聯層主要是由對填料核和樹脂同時起到化學和物理作用的偶聯劑及少量交聯劑組成，它可以改善填料與樹脂間的結合力。分散層主要是由低聚物及分散劑構成，它的作用是能使處理好的粉末狀填料(CaCO?) 在制做母料的造粒過程中較好、較多地與增混劑混合并制成顆粒，同時對改善填充母料與樹脂體系的流動性、避免無機填料聚團、提高制品表面光潔度等方面起到關鍵作用。增混層主要是由與要填充的樹脂有很好的相容性并有一定的力學性能的樹脂和(或) 具有一定的雙鍵的共聚物構成，由于這一層的量比較大，它直接與要填充的樹脂接觸、混容，因此對體系的力學性能影響很大。

根據上述結構模型，可設計填充母料的配方及制備工藝。

 

4. 2填充母料的配方

 

由上述結構模型可知，填充母料除填料核外 ，還有載體樹脂、偶聯層、分散層及改性劑等，在配方設計時都應加以考慮。在配方設計時，填料核選擇的用量為填充母料的50 %～85 %。分散層的選擇主要是由低分子量聚乙烯、或硬酯酸及其鹽類等構成。由于它們的分子量較低，混料時易熔融，所以可使用經過偶聯劑活化的碳酸鈣，再經過分散劑處理，更好地在樹脂中熔融分散，從而可以獲得外觀質量更好的填充制品。經過上述分散劑處理的碳酸鈣在溶解度參數方面與基體樹脂更加接近，表面張力也與基體樹脂相似，使復合材料的粘度下降，流動性提高。分散劑的用量一般不超過填充母料的3 %。增混層即載體樹脂層。母料的技術關鍵是使其在塑料制品中均勻分散，這與載體樹脂的選擇有密切關系。載體樹脂的選擇一般要求如下:

⑴載體樹脂應選用與基體樹脂結構相同或相近的，以利于母料與基體樹脂相容;

⑵載體樹脂應有較高的熔體流動速率(MFR) 。其熔體的MFR 應略大于基體樹脂的MFR 值。

⑶載體樹脂最好能與填料(CaCO?) 或分散劑相互作用。載體樹脂的用量一般為填充母料的15 %～50 %。

 

4. 3填充母料的制備

 

⑴母料的組成

填料核:500 目碳酸鈣 50

偶聯劑:鋁酸酯DL - 411 0. 5

分散劑:硬酯酸 2. 5

聚乙烯臘 0. 5

載體樹脂P5028S2 50

⑵母料的制備過程

將載體樹脂PP5028S2 及事先用鋁酸酯偶聯劑處理好的CaCO3 各50kg、硬酯酸2. 5kg、聚乙烯蠟0. 5kg依次投入高速捏合機中，捏合5min 后輸入擠出造料裝置，熔融擠出造粒即得母料。

 

4. 4母料的應用與效益

自1993 年底以來，用自制填充母料填充聚丙烯(PP5004) 生產扁絲近4000t ，自制填充母料與通用的以PP 無規物(app) 為載體的填充母料相比有以下優點:⑴填充量大，即在獲得相同物性指標的扁絲情況下，其填充量可提高2. 5～3 倍

 

絲拉伸強度與母料填充量的關系

⑴扁絲的拉伸強度達到最高值0. 35～0. 36N/ tex ，此時，自制母料的填充量為15 % ，而外購母料的填充量為5 %。低填充量時，扁絲的拉伸強度隨填充量的增加略有提高，當填充量達到一定值后，扁絲的拉伸強度隨填充量的增加而降低。對此可以作這樣的解釋：當扁絲受到外力作用時，由于母料中的偶聯劑對PP 大分子具有偶聯和纏結作用，這就有效地傳遞和轉移應力，使應力分散均勻，延緩了PP 扁絲的亞微細裂縫發展進程，其結果則表現為扁絲的拉伸強度隨母料填充量的增加而有所提高；當母料的填充量增至一定值時，由于碳酸鈣含量的增加，則對PP 大分子的分子間力(范德華力) 產生了更大的削弱作用，因而導致扁絲的拉伸強度隨著母料的增多而下降。

⑵扁絲生產工藝穩定，母料分散均勻，降低了原料消耗，提高了扁絲收率。

⑶單純使用PP5004 扁絲編織時，始終有少量(約35 %) 的扁絲沿縱向開裂、起毛、重者斷絲，影響了編織效率和質量;加入母料后的扁絲的開裂性得到了明顯的改善，提高了編織效率和產品質量。

 

絲纖度與開裂數的關系

填充母料的扁絲開裂數比純PP 扁絲的開裂數減少60 %～70 %;隨著扁絲纖度的提高，其開裂數減少。填充母料對改善扁絲開裂的機理可以作這樣的解釋:當生產扁絲時，在牽伸過程中，PP 大分子沿拉伸受力方向高度取向，分子的橫向聯系大大削弱，因而織布時扁絲易開裂;而含有母料的扁絲由于其中含有鋁酸酯偶聯劑，它對PP 大分子具有偶聯纏結作用，織布時它能有效地傳遞和轉移應力，使應力分散較均勻，扁絲的橫向強度有了提高，因而減少了扁絲的開裂現象。

⑷經濟效益顯著。該母料經過遼化塑料制品廠的應用，取得了可觀的經濟效益。該廠現有扁絲產量2100t/ a ，母料填充量為15 % ，即一年可用母料315t 。每噸母料生產成本為5800 元，而PP5004 為每噸10300 元，315 噸母料可節省原料費:315 ×(10300 - 5800) = 142 萬元，使用外購app 填充母料時，填充量為5 % ，即一年可用母料105t ，母料購價為2400 元/ t ，105t 母料可節省原料費:105 ×(10300 - 2400) = 83 萬元

由上可知:使用自制母料比使用外購母料一年可節省原料費59 萬元。

 

5 結語

 

通過母料的制備與應用，可得出如下結論：

⑴從技術和經濟角度綜合考慮，選擇400～500 目的CaCO? 制備填充母料較為適宜。

⑵偶聯劑的選擇和使用至關重要，選用鋁酸酯偶聯劑能制備出與基體樹脂相容性好的填充母料。

⑶絕大多數的塑料制品(微膜和位伸膜除外) 均可通過填加母料達到降低成本和改善制品性能的目的，但填加量應視制品種類和使用要求而定，一般在薄型制品中母料的填加量應少一些。生產扁絲時，CaCO? 的含量不應超過7. 5 %(相當于填加15 %母料時原料或扁絲中CaCO? 的含量) 。否則，將會降低扁絲的某些物性指標，影響扁絲的使用效果，而且還會對扁絲的生產和所用設備產生較嚴重的磨損。

⑷該母料由于配方及制備工藝較為合理，以及選擇了最有效的偶聯劑和與基體樹脂相同而流動性又好于基體樹脂的樹脂為載體，因此填充量可比app 填充母料提高2 倍以上。

⑸使用該母料可減少扁絲開裂，具有顯著的經濟效益。

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