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碳酸鈣在塑料中應用現狀及重要意義 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-07-02 11:07:11 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/班建偉)碳酸鈣是塑料中使用的粉體材料中最重要的一類,在每年使用的600多萬t各種無機粉體材料中,碳酸鈣的用量達到70%以上,本文重點將碳酸鈣在塑料中的應用概況 作一敘述,供大家參考。
通常把天然礦石磨碎得到的粉末稱之為重質碳酸鈣,而把通過化學反應得到的沉淀 碳酸鈣稱之為輕質碳酸鈣。在碳酸鈣行業,用沉降體積來區別碳酸鈣屬于重質的還是輕 質的。沉降體積即在無水乙醇中完全依靠重力沉降時碳酸鈣的體積,2.5mL/g以上稱之 為輕質碳酸鈣,1.2~1.9mL/g稱之為重質碳酸鈣。
塑料作為一種新型合成材料,已廣泛應用在各行各業和人民生活中。通常生產塑料 制品的原料是采用純樹脂,如聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等直接 加工成型。隨著現代科學技術發展,對塑料制品材料性能提出更高的要求,純樹脂顯得 力不從心,相反在純樹脂中添加各類無機粉體,可以提升塑料樹脂的各類性能,以達到 所需要的技術指標和高性價比,其中用量最大的礦物材料便是碳酸鈣。塑料改性加工行 業和碳酸鈣行業結合起來,促進了塑料改性的發展,在塑料行業的技術創新中起到了積 極作用。
一、碳酸鈣在塑料工業中應用的重要意義
1 替代部分塑料,節約石油資源
我國塑料中的無機材料大約每年需600多萬t,無機礦粉按質量計算可以替代600 多萬t塑料,相當于6個燕山石化的產量。用相對儲量豐富的碳酸鈣代替石油產品,每 年少用數百萬噸合成樹脂,即可以節約大量的石油。我國目前石油產品年進口量已過億 噸,通過使用無機粉體節約石油,無疑是對國家的重大貢獻。與節約原油相比,能源的 節省也很明顯,相對合成樹脂產品從石油勘探開采、運輸、裂解、合成整個過程所需的 能源消耗,碳酸鈣的生產要簡單得多,一噸產品的投資和能源僅及合成樹脂的數百分之 一。合理地大量使用碳酸鈣粉體對于建設節約型社會,實施可持續發展戰略具有重要 意義。
2 降低塑料制品生產成本
近年來,世界石油資源日益緊缺,國際石油價格暴漲,導致合成樹脂價格長期居高 不下,眾多塑料制品廠難以生存,紛紛尋求降低原材料成本的辦法,以求維持產品的市 場競爭力。
碳酸鈣是資源豐富、價格低廉的無機礦物粉體,普通碳酸鈣300~600元/t,而烯 烴樹脂價格在9000~15000元/t,聚氯乙烯價格在7000~8500元/t,樹脂比鈣粉的價格 高出20~30倍,改性母料的價格也只有樹脂的1/5~1/3。如果在塑料制品中添加 5%~30%的母料,扣除密度因素,每噸塑料制品還可降低成本幾百元到數千元,企業 生產效益非常明顯。
在塑料制品中加入適量鈣粉,還可以改善塑料制品的印刷性、觸摸感、降低注塑等 產品的收縮率,在降低生產成本的同時,改善產品性能,提高產品的市場競爭力,產生 明顯的經濟效益和社會效益。
3 碳酸鈣粉體在塑料中的環保效益
已往的塑料材料主要通過追求優異的使用性能,而較少考慮或根本不考慮使用后在 自然環境中的可消納性,致使塑料材料在使用后被隨便丟棄,并被社會冠之以 ‘白色 污染’,給自然景觀和生態環境帶來一定的影響。在提倡保護環境產品綠色化、解決白 色污染、走循環經濟和可持續發展道路的今天,人們對填料的認識也在不斷提高。作為 填料的碳酸鈣來自大自然,隨著被加入到塑料制品后而廢棄,回歸大自然,或者隨著塑 料的回收而回收。早在2003年中國塑料加工工業協會塑料改性專業委員會福州年會上, 全體代表發出把添加無機礦物粉體的塑料納入環境友好材料的倡議。由于碳酸鈣材料不 僅應用在塑料中,它還廣泛應用在涂料、油漆、造紙、醫藥、日化、建材等各行各業 中,加快無機粉體環境友好材料在各行業中新產品的研究開發產業化的步伐,造福人 類,是當前科研、生產的前沿課題。
近年來的研究成果表明,碳酸鈣等無機粉體材料在制造環境友好塑料材料方面 已發揮了重要作用。碳酸鈣有利于塑料材料的降解,聚乙烯薄膜中有碳酸鈣粉末 時,由于在填埋后碳酸鈣有可能與CO2和H2O反應,生成溶于水的Ca (HCO3)2而離 開薄膜。留下的微孔,將增大聚乙烯塑料接觸周圍空氣和微生物的面積,從而有利 于進一步降解。填加碳酸鈣有利于聚乙烯的焚燒,對于無回收利用價值或回收利用 再生的代價太大不宜再回收時,填埋又要占據大量土地,焚燒仍然是可選的處理方 法。多數城市固體廢棄物的外包裝 (垃圾袋) 能否安全燃燒并燃燒完全,是焚燒技 術的關鍵之一,而燃燒時,塑料溶化容易形成黏壁現象,無機粉體的加入能夠使得 這一問題得到極大的改善。因此,日本要求包裝袋內至少添加15%的無機填料; 廢 棄塑料在填埋后,碳酸鈣不含有對人體有害的重金屬,因此對填埋后地下水質無有 害影響。
4 提高塑料制品的物理性能
碳酸鈣粉體在塑料中的填充改性技術發展迅速,人們發現碳酸鈣不僅價廉,起到增 量、降低成本的作用,而且對于所填充的基體塑料有顯著的改性作用。清華大學高分子 研究所依據界面誘導與調控理論和應用技術,可以把重質碳酸鈣作為抗沖改性劑使用, 在重鈣添加量達到50%時,填充高密度聚乙烯的缺口沖擊強度比純高密度聚乙烯提高 數倍,甚至十幾倍。這種以碳酸鈣粉體為主體材料,經過獨特的表面處理技術使填充塑 料的沖擊性能 (韌性) 得以顯著提高,而同時材料的拉伸強度和彎曲模量 (剛性) 未 顯著降低的改性技術稱之為剛性粒子增韌。近年來在這些方面已取得多項研究成果,如 納米增韌技術、活化包覆改性技術等。
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