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重質碳酸鈣在塑料薄膜中的具體應用和特點是什么

添加時間:2017年07月20日   【字體大小: 】 關注:1117

  重質碳酸鈣以其價格低廉、色澤潔白、綜合性能良好而成為塑料薄膜中廣泛使用的無機填料。將碳酸鈣制成填充母料用于塑料薄膜生產,具有簡化工藝過程、改善混煉效果、提高生產效率、減少粉塵飛揚等優勢。重質碳酸鈣的特性對其在塑料薄膜上的應用進行探討。

  在塑料薄膜中重質碳酸鈣作為填充材料的特點:

  作為高分子材料的填充物,碳酸鈣的優點主要有:增加尺寸穩定性;增加材料的剛度;增加材料的耐熱性能;降低材料成本等。

  但是也有其缺陷:密度增加;使用不當,會使強度、抗沖擊、韌性等力學性能下降;材料光澤度有所下降。

  重質碳酸鈣粉體作為薄膜材料的填料,是親水性無機化合物,其表面有親水性的羥基,呈現較強的堿性。這種親水疏油的性質使得碳酸鈣與有機高聚物的親和性差,容易團聚,在高聚物內部分散不均勻,造成兩材料間界面缺陷,直接應用效果不好。隨著填充量的增加,這些缺點更加明顯,如過量填充甚至使制品無法使用。為此我們需要對重質碳酸鈣進行改性處理。

  重質碳酸鈣薄膜的制備方法

  (1)填充法制膜

  在膜的開發應用中,無機碳酸鈣粉體是高分子材料有效且常用的填料。填充法制膜工藝簡單,是目前應用最廣泛的方法。但由于碳酸鈣與高分子相容性差,如果直接添加,填料難以分散均勻,導致填充體系加工困難、制品性能差、填料用量受限制。為了解決這些問題,通常將碳酸鈣進行表面處理。

  (2)原位沉析法制膜

  用此法制膜,不是直接添加碳酸鈣于高分子材料中,而是在成膜前加入鈣離子并加入碳酸根離子或通入二氧化碳,原位生成的碳酸鈣顆粒沉積于高聚物表面。原位沉積法制備的復合膜,通過觀察其斷面發現碳酸鈣與高分子間不是以簡單的物理方式共混,而是發生化學吸附絡合作用,從而也解決了碳酸鈣與高分子的相容性問題,所得的膜質地均勻,性能較好。此方法較為新穎,有巨大的發展潛力,但目前應用不多。

  重質碳酸鈣對薄膜性能的影響

  (1)力學性能方面

  添加重質碳酸鈣的薄膜其力學性能有所提高。紹鵬等采用超細重質碳酸鈣對LLDPE/mPE進行改性。結果表明,添加5%碳酸鈣使薄膜的落鏢沖擊強度提高13.2%,斷裂伸長率提高約5%,拉伸強度也略有提高。

  (2)熱性能方面

  加入填充料后,由于重質碳酸鈣的熱穩定性好,可使制品的熱膨脹系數、收縮率下降,制品的熱穩定性隨著填充料的增加而提高。

  (3)其他性能

  加入重質碳酸鈣后,可提高膜的防霧滴性能,陸桂娜等采用CaCO3、滑石粉等材料改性的聚乙(LDPE、 LLDPE)防霧滴膜,對CaCO3的添加方式、改性效果及不同處理劑的影響進行了研究。結果表明,CaCO3改性聚乙烯膜的無滴持效期較長,與防霧滴劑預混合可提高膜的防霧滴性能。相對于空白膜而言,CaCO3改性的聚乙烯膜阻隔紅外線和紫外線的能力有了一定的提高。添加碳酸鈣的薄膜還可促進薄膜降解,在環境保護方面可起到積極的作用。

  此外,添加重質碳酸鈣后還可提高聚乙烯膜的透濕保鮮性和透氣性等。

  重質碳酸鈣在薄膜中的應用

  很多高聚物都可制膜,膜的應用范圍很廣,主要用作包裝材料、保護性的農膜、地膜等。

  (1)在聚乙烯膜中的應用

  添加碳酸鈣的聚乙烯成膜效果較好,是目前應用較廣泛、用量較大的一種塑料包裝薄膜,約占塑料包裝薄膜耗用量的40%以上。

  (2)在聚丙烯膜中的應用

  由聚丙烯材料制成的薄膜有良好性能,除了少量的聚丙烯膜采用吹塑法外,多數采用雙向拉伸技術制得高度取向的膜。雙向拉伸的聚丙烯薄膜以其無毒性,優良的機械強度,廣泛應用于印刷、復合、膠黏帶等方面。

  此外,重質碳酸鈣也可用于熱致相分離法制備的聚丙烯微孔膜中,羅本喆等研究庚二酸和納米碳酸鈣組成的復合成核劑對PP結晶、熔融性能和PP微孔膜微觀結構的影響。研究表明,添加0.5%庚二酸和1%納米碳酸鈣的復合成核劑制成的PP微孔膜的球晶結構明顯,膜的孔徑小且分布均勻。由于聚丙烯本身具有優異的性能,因而采用它制備的微孔膜兼具功能膜的高效分離能力和塑料薄膜的優良力學性能,可廣泛應用于工業、醫藥、能源、軍事及日常生活中。

  (3)在聚氯乙烯及其相關品種膜中的應用

  重質碳酸鈣可以用于聚氯乙烯膜,當其用量在規定范圍內增加時,可提高膜的拉伸強度和斷裂伸長率,究其原因是因為碳酸鈣粒子本身有阻止銀紋發展的作用。碳酸鈣也可用于聚偏氯乙烯膜,碳酸鈣的加入除了可以調節膜的阻隔性能之外,還可以改善聚偏氯乙烯的加工性能和薄膜的力學性能。

  重質碳酸鈣還可用于聚偏氟乙烯膜,采用熱致相分離法制備的聚偏氟乙烯膜,其孔隙率的大小可通過改變碳酸鈣的含量和粒徑改變,可以達到控制多孔膜形態和結構的目的。通過處理,在提高膜的孔隙率的同時還可以提高膜的水通量和截留率。

  (4)在天然膠乳膜中的應用

  重質碳酸鈣是橡膠的優良填充劑,活性微細碳酸鈣填充橡膠可顯示出一定的補強性,可減少生膠用量,降低成本。孟飛和鄧春梅等將膠乳級專用碳酸鈣或改性后的納米碳酸鈣分別加入到天然膠乳中并制成薄膜。結果表明,此兩種碳酸鈣在橡膠基體中分散都較為均勻,加過碳酸鈣的天然膠乳膠膜硬度略有提高,拉伸強度增大,耐熱老化性能改善。

  (5)在聚氨酯膜中的應用

  重質碳酸鈣可以用于聚氨酯膜中,古國華等通過原位沉析法制備碳酸鈣/聚氨酯復合膜材料。實驗表明,在制備的膜中碳酸鈣顆粒大小均勻,分散良好,聚氨酯和碳酸鈣實現有效復合,結合強度較高,復合膜的硬度有了明顯的提高。

  (6)在殼聚糖膜中的應用

  碳酸鈣/殼聚糖復合膜往往不是將碳酸鈣作為填料直接加入到殼聚糖中,而是將殼聚糖/鈣鹽通過與碳酸鹽的相互作用利用原位沉析法得到高強度的碳酸鈣/殼聚糖復合膜。實驗表明,用此種方法制得的碳酸鈣/殼聚糖膜具有較高的拉伸強度、較好的耐水性和熱穩定性,在工業和醫藥等方面有潛在的應用。

  應用展望

  (1)碳酸鈣在膜中的使用較為廣泛,如何增大碳酸鈣的用量,以進一步降低成本并能改善膜的綜合性能,成為大部分企業最關心的問題,是相關專家目前努力研究方向。

  (2)同時,部分專家正在進一步研究碳酸鈣在其他膜材料中的應用,擴大碳酸鈣的使用范圍,增強其綜合性能,降低成本。

  (3)制備碳酸鈣膜的方法主要為填充碳酸鈣法和原位沉淀法制膜,兩種方法各有優點。填充碳酸鈣法應用較為普遍,但仍然需要提高性能、降低成本;原位沉析法制得的膜性能較好,目前應用不多,有待進一步發展。

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