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碳酸鈣(CaCO3)碳酸鈣是目前最常用的粉狀無機填料,其價格低廉,來源 豐富,無毒無味,白度可達到96%,可自由着色,且化學穩定性好,易乾燥,故在許多塑料中得到廣泛應用。
從填料角度碳酸鈣可分為三類:重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣和活性碳酸鈣。
重質碳酸鈣,簡稱重鈣,由石灰石等經機械粉碎、篩選、分級、表面處理而制 得。按其粉碎方法又分為乾式重質碳酸鈣(商品名雙飛粉)和濕式重質碳酸鈣。
因為是機械粉碎,故形狀無規則,粒子大小也不相同,平均粒徑為1~ 10μm,其中3μm以下的占50%,密度2.7~2.9g /cm3,幾乎不溶於水。近年來,由於粉碎(如氣流粉碎)和分級技術的進步,可以製得更微細的產品,甚至製得0. 1μm超細重質碳酸鈣。重質碳酸鈣常用於 PVC 中,其作用是降低成本,改善尺寸穩定性,與黏土並用能改善彈性和熱變形。
輕質碳酸鈣,簡稱輕鈣,是用化學方法生產的碳酸鈣,又稱沉降碳酸鈣。其粒子形狀多為紡錘形、針形或柱形,粒徑為1~10μm,其中3μm以下的占80%,密度2. 65g/cm3 。輕質碳酸鈣常用於聚烯烴中,其作用與重質碳酸鈣相同,增強效果好,耐酸性更好。
活性碳酸鈣,又稱膠質碳酸鈣、改性碳酸鈣,日本將其稱為白艷華,是採用表 面處理劑(硬脂酸,質量分數約3%)對輕質碳酸鈣或重質碳酸鈣粉體表面進行改性活化處理而成的。外觀為白色、細膩、軟質的粉末,密度為1. 99~2. 01g/cm3 活性碳酸鈣填充的塑料製品,具有一定的強度和光滑的表面,且潤滑性良好,容易加工。
碳酸鈣按粒度分級規定為:粒徑1~5μm時,為微粒碳酸鈣;粒徑0. 1~ 1μm 時,為微細碳酸鈣;粒徑0. 02~0. 1μm時,為超細碳酸鈣;粒徑小於 0. 02μm時,為超微細碳酸鈣。
目前生產超細級碳酸鈣多採用連續噴霧碳化和噴霧乾燥工藝(即雙噴工藝), 這樣可使碳酸鈣表觀團粒微細化,且粒子表面活化均勻。當粒徑為0. 005~0. 02μm 時,其補強作用與白炭黑相當。
滑石粉(3MgO·4SiO2·H2O)主要成分為水合硅酸鎂,由天然滑石粉碎精選而得,是典型的鱗片狀填料,化學性質不活潑,有滑膩感,密度2. 7~2. 8g/ cm3 。滑石粉是一種用量僅次於CaCO3的填料,作為塑料填料,可提高製品的硬度、阻燃性、耐酸鹼性、電絕緣性、尺寸穩定性、耐蠕變性,並具有潤滑性,可減少對機械及模具的磨損;但用量過多,會影響產品的焊接性。
由於滑石粉是片狀填料,所以填充塑料時製品的剛性大,各向異性小,可用於加工大型和平麵製品。滑石粉主要用於 PP 的結晶成核劑,使 PP 的球晶微細化,提高結晶度,並能增加剛性,也可用於 PVC、PE、PA 及 PC 等樹脂中,添加量一般為10%~40% 。其成型工藝條件及設備與碳酸鈣填充塑料相似, 都可通過擠出、壓制、注射、壓延等方法製造各種類型的塑料製品。滑石粉無毒,可用於與食品接觸的製品。
硅灰石(CaSiO3 )硅灰石是僅次於CaCO3和滑石粉的第三大填料。天然硅灰石具有 β 型硅酸鈣化學結構,是針狀、棒狀及粒狀混合體,其中以針狀為主。硅灰石外觀為白色晶體,不帶結晶水,吸濕性小,無毒,熱脹係數小, 熱穩定性高,耐化學腐蝕,耐氣候老化,力學性能及電性能優良。
硅灰石的折光指數為1. 62,與 PVC 混合料接近,是 PVC 透明製品的首選填料。由於硅灰石的針狀結構,它對塑料具有一定的補強作用,可部分代替價格昂貴的玻璃纖維。硅灰石可用於 PVC、PP、PE、PA、聚酯、環氧樹脂及酚醛等樹脂中, 加入量一般在 40% 以下,並常用硅烷類偶聯劑進行表面處理。
來源:《塑料改性實用技術》、新材料研習社
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