1.塑料工業
人類要生存,要發展就要使用材料。目前人類使用的四大材料(木材、水泥、鋼鐵、塑料)中,塑料是發展快的一類,與鋼鐵在金屬中的地位相似。塑料在整個高分子材料中的產量約占80%。
目前我國鋼產量約2.6億噸/年,約占世界產量的1/4左右,我國塑料產量2005年為2141.9萬噸,世界約2.022億噸,占世界產量的10%,排名第3,比鋼鐵落后,人均產量則更落后,未來將會有很快的增長。
塑料和鋼鐵一樣都需要做成制品才有使用價值,我國塑料制品產量2005年估計已超過4000萬噸(中國塑料加工工業協會公布約3800萬噸,實際國產塑料2141.9萬噸,進口約1800萬噸,進口回收料約400萬噸,還要考慮加填料)排名世界第2。
在塑料助劑、成型機械等方面我國的發展勢頭都很好。填料是塑料助劑的一類,碳酸鈣是塑料填料中重要、用量大的品種。
2.碳酸鈣在塑料工業中的應用
碳酸鈣在塑料工業中的應用一開始是作為增量劑(填料),為降低成本而使用的,塑料工業的發展一直是與使用填料聯系在一起的,較早(1907)合成的酚醛樹脂就因加入了木粉(填料)才成為有使用價值的酚醛塑料。碳酸鈣粉價格低廉(200.2000元/噸),加入塑料(6000.20000元/噸或更高)中可大幅降低成本。為了不過多降低性能,加入量是有限的,這就出現了技術問題,同樣性能的產品,誰能多加入一些填料(碳酸鈣)誰的產品成本就低一些,這對企業是非常現實的??傮w來看,我國塑料制品中如平均加入5.10%的碳酸鈣,則目前的年需要量將是200.400萬噸,當然也應考慮碳酸鈣與塑料的密度差異。
(1)輕質與重質碳酸鈣
輕質、重質各具特點。從成本看重質幾乎只有粉碎過程,在某些礦區,成本低,但顏色、雜質含量等均取決礦源。目前靠機械粉碎不可能達到納米級。輕重質在應用上與產品狀況、歷史、生產經驗等有關。不同國家、不同企業各有自己的經驗。
(2)碳酸鈣在塑料中的應用
a、增量、降低成本以往多用325目、400目。
b、提高塑料制品的尺寸穩定性、降低收縮率。
塑料制品生產中會發生三維尺寸不均勻的收縮,收縮率大了制品形狀易翹曲,尺寸難以控制。因此希望收縮率低。
c、提高塑料制品的摩擦系數(防滑),例如目前廣泛使用的編織袋,年產量超過200萬噸。完全代替了麻袋,少占大量耕地。編織袋中如果不加入一定量的碳酸鈣,在堆碼時會造成困難。
d、增加塑料制品剛性(提高其模量),使之不易變形破壞。
e、功能化:增加塑料制品的韌性(無機剛性粒子增韌),要達到增韌目的,不是用普通方法能辦到的。通常應使用粒度小(粒徑5 um,1um,以至<lOOmm)良好的表面處理的粒子,有時還要與少量彈性體并用。因此,碳酸鈣粉體的細化成為常遇到的關鍵問
題。
(3)廣西碳酸鈣粒子的細度、形態、規格、定義及在塑料中的分散狀態
為了塑料制品增韌、增剛以至增強,要求碳酸鈣粒子細化。其粒子的細度,目前用篩號 (或換算的篩號,太細實際是無法過篩的)或平均粒徑等表示的。如800目、1250目、2500目,38 um,10 um等。
a、平均粒徑帶來的問題分散性太大,特別是粗粒子的存在,使性能惡化。因此又提出了D95,D97。但仍然有5—3%的粗粒。因此,有人建議以D100表示。
b、定義:普通碳酸鈣粉、超細粉、納米粉
超細粉:概念不確切。80年代我們開始在國內應用1250目、2500目的碳酸鈣,當時用了這一術語,導致以后的混亂。
c、細化后粒子間的團聚問題
碳酸鈣粒子,特別是重鈣粒子,形狀復雜。為了簡化用平均粒徑表示,視為球形。兩個球之間必然有引力和排斥力,通常引力是與球直徑的一次方成正變的,斥力是與球直徑的二次方成正變的。兩個大球間斥力總大于引力,所以不會團聚。隨著直徑的減少,斥力成2次方下降,引力成1次方下降,斥力減小快,引力減小慢,小到某一直徑時引力將超過斥力,使兩個粒子聚集。粒徑越小,相互間引力越大,越容易團聚,越難以分開。