1、納米碳酸鈣在塑料中的應(yīng)用
在塑料的加工與生產(chǎn)中,普通碳酸鈣產(chǎn)品只能作為一般的填料使用,而經(jīng)過(guò)改性的納米碳酸鈣除了作為填充劑,還能起到活性劑和補(bǔ)強(qiáng)劑的作用,可以增加塑料制品體積,提升制品的硬度和強(qiáng)度,改善塑料加工性能,并增強(qiáng)塑料制品的耐熱性、彎曲強(qiáng)度、彈性模量等各項(xiàng)性能指標(biāo)。
納米碳酸鈣已廣泛應(yīng)用于PVC,PS,PP等各種塑料的加工中,其中以PVC的用量最為龐大,尤其是電線電纜、管材等制品,納米碳酸鈣對(duì)PVC塑料具有很好的補(bǔ)強(qiáng)增韌作用,其主要的納米特性使加工后的PVC塑料具有很好的強(qiáng)度、阻隔性、阻燃性、熱穩(wěn)定性等力學(xué)性能。
塑料行業(yè)對(duì)納米碳酸鈣的技術(shù)要求主要有:
吸油值:塑料行業(yè)對(duì)納米碳酸鈣的吸油值要求一般都很低,因?yàn)榧{米碳酸鈣的粒徑小,比表面積大,如果吸油值大則混煉時(shí)消耗的增塑劑就多,使體系粘度升高,不僅影響了加工性能,而且使生產(chǎn)成本上升。
晶形:以立方體、球形為主,這些晶形的產(chǎn)品表現(xiàn)出的流動(dòng)阻力較小,易于生產(chǎn)加工,且不影響塑料制品的表面光澤度。
粒徑:應(yīng)用于塑料中的納米碳酸鈣粒徑一般控制在100nm左右,粒徑過(guò)大不能體現(xiàn)納米碳酸鈣的效果,且會(huì)影響制品的外觀;粒徑過(guò)小會(huì)導(dǎo)致表面能增加,顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重,很難在加工時(shí)完全分散,導(dǎo)致制品表面出現(xiàn)顆粒。
分散性:應(yīng)選擇高分散性的納米碳酸鈣,如果納米碳酸鈣團(tuán)聚嚴(yán)重,則二次粒徑會(huì)比一次粒徑大得多,而塑料加工混煉剪切力不是太強(qiáng),有些團(tuán)聚嚴(yán)重的納米碳酸鈣不容易打散,在應(yīng)用時(shí)會(huì)引起局部缺陷,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題。
水分:水分控制應(yīng)不高于0.5%,若水分過(guò)高,會(huì)使塑料表面產(chǎn)生氣泡或空鼓等現(xiàn)象。
pH值:納米碳酸鈣的pH值應(yīng)控制在10以下,若PH值偏高,會(huì)影響制品的白度,表面光澤度,使外觀變差,同時(shí)pH高還會(huì)使體系的粘度升高,影響加工過(guò)程。
在應(yīng)用于塑料行業(yè)的各種非金屬礦粉材料中,碳酸鈣用量最大,約占到塑料添加劑總量的60~70%,但在高性能化應(yīng)用研究中仍存在很多問(wèn)題,特別是如何解決納米碳酸鈣的團(tuán)聚,如何改進(jìn)納米碳酸鈣分散效果,如何提升復(fù)合材料的粘結(jié)強(qiáng)度等方面尚未有效解決。
2、納米碳酸鈣在橡膠中的應(yīng)用
納米碳酸鈣在橡膠工業(yè)中主要應(yīng)用于輪胎,電線、電纜,橡膠制品等,可起到增加體積,降低成本,改進(jìn)橡膠加工性能的作用。目前應(yīng)用在橡膠中的碳酸鈣以重質(zhì)碳酸鈣和普通輕質(zhì)碳酸鈣為主,納米碳酸鈣的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍也在不斷擴(kuò)大,添加納米碳酸鈣的橡膠制品在伸長(zhǎng)率、壓縮變形、耐屈服性、抗撕裂性方面要遠(yuǎn)強(qiáng)于普通的碳酸鈣。通過(guò)特殊工藝處理的納米碳酸鈣,表面活性高,在紫外線照射下,可析出自由移動(dòng)的電子,極易與氧氣或有機(jī)物發(fā)生反應(yīng),殺死病毒和細(xì)菌,故納米碳酸鈣還具有殺菌消毒的效用。
輪胎:納米碳酸鈣可部分替代炭黑和白炭黑用于汽車(chē)輪胎的生產(chǎn),但在補(bǔ)強(qiáng)效果方面仍有差距,因此在應(yīng)用中以受應(yīng)力較小的部位為主,如胎側(cè)、簾布膠、氣密層膠、內(nèi)層膠、緩沖膠等。在生產(chǎn)中,納米碳酸鈣與活性氧化鋅搭配使用可大幅提升輪胎胎面膠的強(qiáng)度。
膠管和膠帶:納米碳酸鈣在膠管、膠帶中主要起補(bǔ)強(qiáng)、增白,同時(shí)提高膠料分散性的效果。
電線電纜:納米碳酸鈣一般用于礦用電線電纜、高壓電線電纜、船用電線電纜等的保護(hù)套和電器電線電纜膠料。
橡膠行業(yè)對(duì)納米碳酸鈣的技術(shù)要求主要有:
吸油值:橡膠行業(yè)對(duì)納米碳酸鈣的吸油值要求較高,吸油值越高,對(duì)橡膠的浸潤(rùn)性和補(bǔ)強(qiáng)性就越好。
晶形:由于橡膠要求補(bǔ)強(qiáng)性能非常高,故納米碳酸鈣的晶形應(yīng)以鏈狀或鏈鎖狀為主,加工時(shí)鏈段會(huì)相互纏繞,可增強(qiáng)體系的強(qiáng)度。
粒徑:應(yīng)用于橡膠中的納米碳酸鈣粒徑一般以80~120nm為宜,粒徑過(guò)大無(wú)法起到補(bǔ)強(qiáng)的效果,而粒徑過(guò)小與橡膠浸潤(rùn)的接觸面積增大,使分散困難,影響橡膠的混煉。
水分:水分控制應(yīng)不高于0.5%,若水分過(guò)高,則硫化的焦燒時(shí)間延長(zhǎng),不利于硫化速率的提升。
pH值:納米碳酸鈣的pH值主要影響其硫化速率,一般應(yīng)控制在9.5~10.5,若pH值偏低,則硫化速率變慢,降低效率同時(shí)增加能耗。
在橡膠中添加納米碳酸鈣,可使膠料補(bǔ)強(qiáng)效果明顯提升,同時(shí)還可改善材料的抗老化性,耐油性,分散性。相比于普通輕鈣產(chǎn)品,納米碳酸鈣的補(bǔ)強(qiáng)效果更好,但比炭黑和白炭黑差,如果用納米碳酸鈣全部取代炭黑和白炭黑,會(huì)使材料的強(qiáng)度降低,如果使用量太大,還會(huì)發(fā)生粘輥現(xiàn)象,故在技術(shù)配方上需合理調(diào)試,不斷優(yōu)化。