復(fù)配活性碳酸鈣生產(chǎn)工藝
基于重鈣干法生產(chǎn)工藝,復(fù)配活性碳酸鈣可采用如下兩種工藝:
★一是將一定粒度、比例的重鈣、輕鈣混合研磨→改性→分級;
★二是采用重鈣、輕鈣分別研磨→分級→改性。
其特點為:工藝簡單,設(shè)備投資小,出料后可以直接包裝,特別適用于偶聯(lián)別對碳酸鈣的改性處理工藝。
基于重鈣濕法生成工藝,復(fù)配活性碳酸鈣可采用如下工藝:重鈣、輕鈣調(diào)整至一定濃度的漿料濕法混磨→改性→漿料產(chǎn)品→干燥→干粉產(chǎn)品。
其特點為:濕法活化是在液相狀態(tài)下處理碳酸鈣顆粒,可以均勻地對碳酸鈣進(jìn)行包覆,表面活性劑可以通過位阻效應(yīng)和雙電層效應(yīng)充分地分散于碳酸鈣顆粒表面,使顆粒間的距離增大,在脫水和干燥過程中減輕顆粒的二次凝聚,干燥得到的產(chǎn)品粒度細(xì),堆積密度較小,流動性和分散性均較好。
復(fù)配活性碳酸鈣表面改性方法
改性劑的正確選擇,不僅要考慮改性劑與碳酸鈣及其配用顏料粉體的親和混溶性,同時要考慮改性劑與基體的其它化學(xué)助劑的混溶性,特別是用于塑料體系的改性鈣品與輔料助劑的配伍效應(yīng)。
目前,復(fù)配碳酸鈣的表面改性方法主要有表面活性劑改性、偶聯(lián)劑改性、反應(yīng)性單體及活性大分子改性、原位聚合法改性等。
(1)表面活性劑改性法
目前,用于改性碳酸鈣的表面活性劑種類多,生產(chǎn)能力大,價格低廉,主要可分為脂肪酸(鹽)類以及鈦酸酯類等兩大類。
(2)偶聯(lián)劑改性法
偶聯(lián)劑分子的一端為極性基團(tuán),可以和碳酸鈣表面的羥基進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵;另一端的非極性基團(tuán),則包覆在碳酸鈣顆粒表面,使其表面親油化,可降低顆粒表面自由能,提高與樹脂相混性,且賦予復(fù)合材料較好的物理力學(xué)性能。目前,用于碳酸鈣改性的偶聯(lián)劑主要有鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑。
(3)聚合物改性法
聚合物可定向地吸附在碳酸鈣的表面,使碳酸鈣具有電荷特性,并在其表面形成物理和化學(xué)吸附層,阻止碳酸鈣粒子團(tuán)聚結(jié)塊,改善分散性。一般認(rèn)為,聚合物包膜碳酸鈣可分為兩類:
一類是先把聚合單體吸附在碳酸鈣表面,然后引發(fā)其聚合,從而在其表面形成極薄的聚合物膜層;
另一類是將聚合物溶解在適當(dāng)溶劑中再加入碳酸鈣,當(dāng)聚合物逐漸吸附在碳酸鈣表面時排除溶劑形成包膜。
(4)原位聚合改性法
原位聚合法是先將粒子在單體中均勻分散,然后用引發(fā)劑引發(fā)聚合,粒子或分子均勻地分散在聚合物基體上,形成帶有彈性包覆層的核-殼結(jié)構(gòu)的粒子。與傳統(tǒng)的填充聚合物材料相比,原位多相聚合保證了填充粒子的均勻分散。
應(yīng)用中常見問題及原因分析
復(fù)配活性碳酸鈣在塑料中經(jīng)常出現(xiàn)的問題主要體現(xiàn)在粉體的有效分散、制品表面光澤度、制品加工過程中的擠出性能以及色澤的穩(wěn)定性等方面。
(1)粉體的分散問題
★活性劑表面包覆處理不完全、吸油值偏高時,易導(dǎo)致干粉混料時物料粘壁與DOP等增塑劑相容性差,造成混料時間延長;
★產(chǎn)品的pH值偏高,特別是偏高達(dá)到10以上時,粉體顆粒表面的介電性能發(fā)生變化,電荷電量增加,產(chǎn)品明顯出現(xiàn)易粘壁、易揚塵、難混料等現(xiàn)象;
★重鈣能夠有效提高加工的流動性,但是如果重鈣添加過多、粒度偏大,則易造成母粒表面平整度差,手感粗糙感明顯。
(2)制品表面光澤度問題
★當(dāng)粉體顆粒粒度較大時,塑化后在擠出粒料表面明顯有較多微小顆粒,表面反光降低,光散射作用使得膠粒表面光澤較差發(fā)暗;
★由于膠料塑化過程形成乳膠狀氣泡,膠料擠出冷卻后,微小氣泡位置形成了空穴,表面變得不平整,光澤度降低;
★當(dāng)物料擠出后表面光澤較好,但當(dāng)膠料降溫存放一段時間后,表面出現(xiàn)“霧面”,主要原因是由于膠料中硬脂酸使用過量,導(dǎo)致部分硬脂酸析出;
★制品表面平整性差主要是膠體粘度偏高,流動性差。
(3)擠出性能變差問題
★擠出速度慢是由于碳酸鈣粉體填充過量,導(dǎo)致黏度增加、難塑化,造成擠出速度降低;
★膠料流動性差主要是由于輕鈣粉體顆粒對增塑劑吸附能力較強(qiáng),以致影響到膠料的正常塑化,從而使塑化時間延長。
(4)色澤穩(wěn)定性問題
★碳酸鈣粉體的本身白度較低和不穩(wěn)定;
★粉體中含少量的氧化物雜質(zhì);
★碳酸鈣粉體的pH值偏高;
★碳酸鈣粉體的吸油值偏高。
復(fù)配活性碳酸鈣生產(chǎn)要點
為生產(chǎn)高品質(zhì)復(fù)配活性碳酸鈣,以滿足下游用戶的需求,需要注意以下幾個要點:
(1)選擇優(yōu)質(zhì)的原材料
方解石、石灰石應(yīng)選用高白度、低雜質(zhì)的原料,控制礦石中的氧化鎂含量,以氧化鎂含量低于0.5%為最佳。低氧化鎂含量可降低粉體的pH值、吸油值。
(2)優(yōu)化重鈣和輕鈣的配比比例及粒徑范圍
在有效提高膠料的流動性的同時,也能有效改善制品的表面質(zhì)量。
(3)嚴(yán)格控制粉體加工中所使用的設(shè)備材質(zhì)
一般應(yīng)選用不銹鋼材質(zhì),以避免鐵銹等雜質(zhì)混入產(chǎn)品中。尤其是活化設(shè)備和干燥設(shè)備,必須采用不銹鋼材質(zhì),以避免因與活性劑(一般略帶酸性)接觸生銹;干燥設(shè)備接觸的濕物料容易使碳鋼材質(zhì)設(shè)備銹蝕。
(4)碳酸鈣粉體表面包覆工藝
當(dāng)表面包覆(包覆劑添加量不足)時,粉體親油性能降低,與增塑劑相容性降低,需保證碳酸鈣經(jīng)表面活性劑包覆處理后,得到高的活化度。