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PVC專用輕質碳酸鈣質量控制方法探討

添加時間:2018年05月03日   【字體大小: 】 關注:1058

  硬質聚氯乙烯制品加工過程中對輕質碳酸鈣的需求量非常大,不論是PVC ~U 異型材還是 PVC—U 管材、管件,輕質碳酸鈣都是必不可少的填充劑。加入輕質碳酸鈣可以增加體積,降低成本,同時還可以提高硬質PVC制品的尺寸穩定性、硬度和剛性 ,改善塑料的加工性能。但是,市場上良莠不齊的輕質碳酸鈣對制品性能有不利影響,如產品剛性差 、白色制品外觀顏 色偏灰偏青等問題。因此,選擇高品質的輕質碳酸鈣對 PVC~U 制品生產廠家是至關重要的。

  對于輕質碳酸鈣標準中提出的技術指標 ,由于檢測項目較多、檢測方法比較復雜、麻煩,即使是輕質碳酸鈣的生產企業 ,有的也只能作部分指標檢測 ,同時多數輕質碳酸鈣的使用企業也沒有配備足夠的檢測條件或開展全部檢測項目來監控輕質碳酸鈣的質量。因此,從硬質PVC制品生產企業實際情況出發,尋找一種比較方便實用的方法來評價輕質碳酸鈣質量,對于硬質PVC制品的質量控制十分重要。本研究提出通過檢測沉降體積、色相、表觀密度指標來評價輕質碳酸鈣質量,為輕質碳酸鈣的選用和檢測提供可靠的參考依據。

  1.輕質碳酸鈣的檢測方法

  1.1沉降體積的檢測

  沉降體積測試的原理是依據不同粒徑 、不同密度 的顆粒在液體中的沉降速度不同,其基本過程是把樣品放到某種液體中制成一定濃度的懸浮液,懸浮液中的顆粒在重力或離心力作用下發生沉降,顆粒大的、密度大的沉降速度較快,沉降體積小;顆粒小、密度小的沉降速度較慢,沉降體積大。硬質 PV C 產品加工中常用的碳酸鈣有輕質碳酸鈣和重質碳酸鈣,輕質碳酸鈣是通過化學方法生產的,密度2.4 —2.7g/Cm3 ;重質碳酸鈣是通過對碳酸鈣礦石粉碎和研磨等物理機械方法生產的,密度2.7 —2 .95 g/Cm3 。在塑料成型加工過程中重質碳酸鈣對加工機械設備的磨損較輕質碳酸鈣嚴重,尤其是對擠出機機筒、螺桿磨損很大。通過測定碳酸鈣的沉降體積可以簡單判定其為輕質碳酸鈣或重質碳酸鈣,也間接表征了碳酸鈣的顆粒形態、粒徑分布。選取6個廠家生產的碳酸鈣進行沉降體積試驗,結果見表 1。

  

 

  從表1中可以看出,廠家4 、廠家5的碳酸鈣的沉降體積最低分別為 1.9 m g/L 、2.1 m g/L ,而 H G /T 2226 —2ooo <<工業沉淀碳酸鈣>>中對合格品的要求是:沉降體積≥2.4 m g/L,由此可以說明,廠家4、廠家5 的碳酸鈣可能為重鈣或部分摻有重鈣;廠家1、2、3 的碳酸鈣的沉降體積都滿足 HG/T 2226 —2000 中合格品的要求;而廠家 6 的碳酸鈣的沉降體積最高為3.9 m g/L ,遠遠超過了 H G/T 2226 —2000 中優等品> 2.8 m g/L 的要求。輕質碳酸鈣的沉降體積高,說明其顆粒較小、粒子聚集松散、間隙大,這種碳酸鈣與PVC 共混時分散較快。

  1.2碳酸鈣色相的檢測

  在硬質 PVC 制品加工過程中,除碳酸鈣粉體的白度外,碳酸鈣的色相也是一個關鍵問題,尤其是對一些添加碳酸鈣較多的白色制品配方體系,碳酸鈣的色相直接影響到產品顏色及色差,造成塑料制品顏色不鮮艷、光澤度差,如白色 PV C —U 管材、異型材 的生產 中,生產廠 家過 程控 制 中應 保證產 品外 觀顏 色色 澤均勻,白色制品應控制產品外觀不允許有明顯的偏青、偏灰、偏紅等現象。有的 PV C —U 白色制品生產廠家為了使產品白度提高,常常添加熒光增白劑,以達到增白白度的效果。但是,由于熒光增白劑中往往含有雙鍵,容易引發樹脂中形成不穩定分子鏈結構,在高溫、高剪切下易發生分解反應,如果熒光增白劑的品種選擇不當或添加份數過量,不但使 PVC 產品老化加快分解發黃,使產品老化性能下降,還會出現 PVC 加工過程中的不易分散或凝聚結團現象。輕質碳酸鈣的色相有:紅相、黃相、青相、灰相、紅黃相等,輕質碳酸鈣。的色相與粉體白度都與輕質碳酸鈣的生產工藝及控制過程有關系,一般與輕質碳酸鈣粉體的顆粒大小、粒徑分布無關。

  碳酸鈣色相的檢測是將PVC 、碳酸鈣、復合穩定劑按照 100 :25 :4.0 的比例進行熱混合后制成干混合料,通過轉矩流變儀對干混合料進行捏合,物料塑化出現塑化峰后停止試驗,觀察 PVC混合物塑化料的外觀顏色,是否有明顯的偏青、偏灰或偏紅等現象。表2 為 5 個廠家的輕質碳酸鈣的粉體白度和添加 25 份時的色相,其中廠家 2、4 的碳酸鈣粉體白度最高,但其色相為明顯的灰色,而廠家 1、3 、5 的粉體白度 比廠家 2 、廠家4 的低,但其色相較好,說明碳酸鈣粉體的白度與碳酸鈣的底色并沒有直接關系。

  

 

  HG/T 2226 —2000<<工業沉淀碳酸鈣>>中對優等品的白度要求為≥90.0 度,而依據此要求并不能真正滿足白色 PV C —U 制品生產企業的要求,如表 2 中可見:5 個廠家輕質碳酸鈣的粉體白度都滿足 H G/T 2226 —2000 中優等品的要求,但廠家 2 、4 、5的碳酸鈣色相都不合格。碳酸鈣色相的顏色偏青 、偏灰或偏紅等都會直接影響白色 PVC 硬制品的外觀相應地偏青、偏灰或偏紅。所以,生產企業應監控輕質碳酸鈣的色相。

  1.3表觀密度的檢測

  粉體表觀密度是指未壓縮下單位粉體體積的質量。輕質碳酸鈣粉體屬于多孑L性顆粒聚集體,其表觀密度反映了顆粒聚集狀態和孔隙狀態。碳酸鈣的加工性能往往與碳酸鈣的顆粒特性有一定關系,而與碳酸鈣顆粒特性直接有關的粒度分布、孔隙率、孔徑和孔徑分布、比表面積 、密度分布、顆粒形態等數據,對輕質碳酸鈣的使用企業檢測有一定的困難,但與碳酸鈣顆粒間接特性有關的表觀密度,其檢測依據聚氯乙烯樹脂的表觀密度檢測方法,其檢測設備簡單、容易操作,PVC 硬制品生產企業可以比較容易檢測。

  

 

  表 3 為 6 個廠家的非活性碳酸鈣的表觀密度值,其中廠家5 、6 的碳酸鈣為重鈣。從表 3 中看出:廠家 5 、6 生產的重鈣的表觀密度最高,遠遠高于其他幾個廠家;廠家 1、2 、3 的輕質碳酸鈣的表觀密度相對比較接近,其中廠家 1 的表觀密度最小,接近于納米級碳酸鈣的表觀密度 0.28 g/cm3,說明其顆粒尺寸較小,比較均勻;而廠家4 的碳酸鈣的表觀密度明顯比廠家 1、2 、3 的輕質碳酸鈣的表觀密度大,說明其碳酸鈣體積相對較小,有可能摻有一定數量的重質碳酸鈣大粒子。

  對于PVC 硬制品生產加工來說 ,碳酸鈣加入到 PVC 中增容 、降價,應保證碳酸鈣的表觀 密度在 一定 的范 圍內,可以減少顆粒聚集孔隙率 ,吸收助劑的能力強,加工性能好,對提高PVC硬制品的質量有好處 。因此,PVC 硬 制 品生產企 業應 該從 材料的加工性能、生產工藝與設備等方面考慮,確定適合企業的輕質碳酸鈣表觀密度指標控制范圍。

  2.結論

  通過對輕質碳酸鈣的性能指標檢測研究可以看出:碳酸鈣的沉降體積、色相和表觀密度可以簡單鑒別輕質碳酸鈣與重質碳酸鈣,影響各種助劑與其分散的程度及效果,影響到PVC硬質品的加工性能和外觀顏色。

  輕質碳酸鈣的化工行業標準 H G/T 2226 —2000 中的碳酸鈣含量、鹽酸不溶物、篩余物、白度、水溶物、鐵含量等檢測項目相對較多,對 PVC 硬制品的生產企業來講,不易直接方便應用。而輕質碳酸鈣,的沉降體積、色相、表觀密度等檢測項目容易操作、方便實用,PVC 硬制品生產企業應針對生產加工情況重點監控,同時應將不同生產廠家生產的輕質碳酸鈣,的沉降體積、表觀密度 、色相指標分別存檔,作為監控輕質碳酸鈣質量的參考依據。

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