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无水硫酸钙粉体填料在PVC中的应用综述

来源:磊鑫石膏 发布时间:2016-02-03 09:06:57 点击次数:1035次

荆门市磊鑫石膏制品有限公司

PVC主要成分为聚氯乙烯,色泽鲜艳、耐腐蚀、牢固耐用。它是当今世上深受喜爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料。PVC 是应用最广泛的热塑性树脂,可以制造强度和硬度很大的硬质制品如管材和管件、门窗和包装片材,也可以加入增塑剂制造非常柔软的制品如薄膜、片材、电线电缆、地板、合成革、涂层和其它消费性产品。

但是任何产品都不可能是完美无缺的,在PVC制品(或材料)成型加工过程中,有相当一部分产品要使用粉体填料已是不争的事实。一方面合理恰当的使用相对廉价的粉体填料可实现增量,降低原材料成本的目的;另一方面也是目前备受关注的就是按人么的愿望改善某些方面的物理化学性能或赋予其新的功能,从而使粉体填料从单纯的增量剂变为改性剂和功能剂[1]

无水硫酸钙为硫酸盐,比一般的活性钙具有更独特的耐腐蚀性能。同时无水硫酸钙能够改善高聚物的机械强度、耐热性及尺寸稳定性等。因而,在填料市场具有突出的竞争优势[2]。有相当一部分研究证明无水硫酸钙应用在PVC中是可行的。

 

1.无水硫酸钙简介

酸钙俗称石膏,无水硫酸钙分子式为CaSO4,主要有两种形成方式:一种是天然形成的硬石膏(主要成分为CaSO4);另一种为以二水硫酸钙为原料煅烧制得。

 

2.无水硫酸钙同其它粉体填料的性能差异

我国硫酸钙(石膏)矿的储量丰富,位居世界各国储量的前列。作为无机非金属填料的一种,硫酸钙也有着广泛的应用。填料性能的好坏往往取决于填料本身的性质,下表是几种常见填料(碳酸钙、滑石粉、钛白粉)同硫酸钙的对比[3]

硫酸钙(无水)

碳酸钙

滑石

二氧化钛(锐钛型)

主要成分

CaSO4

CaCO3

Mg3Si4O10(OH)2

TiO2

密度g/cm3

2.3-3

2.7-2.9

2.7-2.85

3.87

熔点 ℃

1450

1339

——

1825

热导率W/Km

0.16

2.4-3

0.02

0.065

水分%

……

……

……

……

莫氏硬度

2-3

3-4

1-1.5

5-6

化学性质

耐酸碱

与酸反应

与酸反应

与酸碱反应

折光指数

……

……

……

……

白度

80-98

80-98

70-94

90-99

亮度

——

82-94

78-93

99-100

颜色

白、灰白

白色、灰色

白色

白色、暗黄色

介电常数

2.5

6.1

7.5

48

形态

纤维、块状

不规则

扁平

针状、球状

吸油量g/100g

……

……

……

……

水悬浮液pH

7.0-10.4

9-9.5

8.7-10.6

3.5-10.5

 

3.无水硫酸钙在PVC中的应用

水硫酸钙在PVC中的应用主要有以下两种:

3.1作为填充料添加到PVC材料中

由于硫酸钙硬度(莫氏硬度2-3)比碳酸钙硬度(莫氏硬度3-4)低,因而对加工机械的磨损少,如添加于发泡PVC中和硬质PVC中,挤压时比用碳酸钙填料更加顺畅.此外,使用硫酸钙填料可以得到均匀的发泡晶粒[4]

……

时,无水硫酸钙粉体作为填料除了可以降低成本外还可以改善制品的硬度、弹性模量、尺寸稳定性和热变形温度等[2]

3.2制备色母粒时部分替代钛白粉

色母粒一般由三部分组成,即着色剂、载体、分散剂,通过高速混炼机混炼后、破碎,挤出拉成粒。色母粒在PVC加工过程中具有浓度高、分散性好、清洁等显著的 优点。

……

于硫酸钙具有很高的白度(能达到98,接近钛白粉),良好的油分散性、优异的耐候性以及均匀的粒度分布等,……

 

4.无水硫酸钙粉体填料应用到PVC制品中的影响因素

对于同一种无水硫酸钙填料,影响其填充效果的因素有很多,其中主要的因素有填料的纯度、粒径大小以、粒径分布以及填料的表面性质等。

4.1无水硫酸钙粉体填料纯度的影响

料的纯度对填充或替代的效果影响至关重要,因为在选择某种填料时都是因为填料本身所具有的特殊性质。若是填料中杂质越多,则往往达不到人们对填料所预期的效果。由于生产技术的发展,硫酸钙晶须的应用也越来越得到人们的青睐,但是硫酸钙晶须目前多采用工业石膏制得,一般的硫酸钙晶须中往往会含有较多的FPb等有害物质。

4.2无水硫酸钙粉体填料粒径的影响

从理论上讲无水硫酸钙粉体填料与PVC基体材料的重量比一定时,填料的粒径越小,填充PVC材料的力学性能越好,但这要以硫酸钙填料在PVC基体中均匀分散且硫酸钙填料颗粒与PVC高分子材料之间有良好的界面为前提。另一方面,无水硫酸钙填料颗粒越细,由于物质表面性质所决定就越容易凝聚在一起,如果在PVC基体中不能分散开来,而是以凝聚体(团粒)存在,那将成为填充材料中最致命的环节,成为引起PVC材料破坏致命的缺陷,还不如直接使用和团粒尺寸同样大小的粗颗粒填料。

酸钙晶须具有良好的长径比(30-80),添加到塑料制品中会有更优异的性能,但是无水硫酸钙晶须价格要比无水硫酸钙粉体填料贵很多。

4.3无水硫酸钙粉体填料粒度分布的影响

……

4.4无水硫酸钙粉体填料表面改性的影响

粉体填料……PVC制品中使用硫酸钙粉体填料,是否需要对硫酸钙粉体填料进行表面改性还需要具体问题具体对待[1]


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5.小结

水硫酸钙填料纯度高、白度好、耐热性、耐酸碱性、可塑性、介电性、分散性和流动性均优异,可替代碳酸钙、二氧化硅、粘土、硫酸钡等用作PVC的填料,以达到增量补强的目的。同时,在替代钛白粉作为白色颜料方面的功能也在逐渐被人们认识。研究硫酸钙粉体填料的应用,对改进填充材料配方设计、完善填充工艺具有重要的指导意义和经济效益。在国内,对硫酸钙填料的应用研究还处于初级阶段,还需要许多人的共同努力。

 

参考文献:

[1] 刘英俊.粉体填料在塑料中的应用现状及面临问题[J] .塑料加工,2002,35(1).

[2] 李宏武,潘静懿,卢尚琨,张蓓蓓,温德力,徐卫兵.硬石膏的改性及其在塑料中的应用[J].中国粉体技术,2008,14.

[3] 程斌,于运花,黄玉强.填料手册第二版[M] .中国石化出版社,2003.

[4] 苏威.硫酸钙填料[J] .化工工业,1986,(5):74-76.

[5] 杨森.聚合物/硬石膏复合材料性能研究[D] .合肥工业大学,2007.

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