Карбонат кальция (CaCO₃) — распространённое неорганическое соединение. В природе он встречается в различных формах, таких как кальцит, известняк и мрамор. Он является основным компонентом многих горных пород и минералов. При высоких температурах карбонат кальция разлагается на оксид кальция (CaO) и углекислый газ (CO₂). Он может реагировать с кислотами с образованием соответствующих солей, углекислого газа и воды. Итак, какую роль карбонат кальция играет в производстве пластмасс и каковы его ограничения?
I. Повышение прочности и жёсткости пластиковых изделий. Карбонат кальция может использоваться для улучшения механических свойств изделий, включая жёсткость, сопротивление разрушению, прочность на разрыв и ударную вязкость. Например, использование карбоната кальция в качестве армирующего агента при производстве пластиковых плёнок может повысить их жёсткость, значительно увеличивая жёсткость плёнки и способствуя её плавному скручиванию. Для алифатических полиэфирных пленок, таких как PBS, PLA и PHA, добавление карбоната кальция может улучшить изотропность, компенсируя их высокую продольную прочность, но низкую поперечную прочность, и значительно повышая сопротивление разрыву.
II. Повышение стабильности продукта
Повышение размерной стабильности
В процессе переработки пластиковых изделий могут возникать внутренние напряжения из-за неравномерного охлаждения или изменения условий переработки. Карбонат кальция обладает низким коэффициентом теплового расширения (3,0×10⁻⁶/℃) и низкой теплопроводностью, демонстрируя стабильную термостойкость. При добавлении в пластмассы в качестве наполнителя он может действовать как каркасная основа, снижая общий коэффициент теплового расширения композитного материала, минимизируя внутренние напряжения и изменения размеров, вызванные колебаниями температуры, тем самым улучшая размерную стабильность. В целом, влияние карбоната кальция на размерную стабильность тесно коррелирует с его морфологией: сферические наполнители превосходят другие, в то время как гранулированные, чешуйчатые и волокнистые наполнители несколько менее эффективны.
III. Улучшение поверхностных свойств. Поверхностное натяжение пластиковых пленок является одним из важных физических свойств, напрямую влияющих на вторичную переработку, такую как печать чернилами, адгезию покрытия и сцепление с другими материалами.
Как правило, поверхностное натяжение пластиковых пленок зависит от их свободной поверхностной энергии. Однако большинство пластиковых пленок, таких как полиолефиновые пленки (ПЭНП, ПЭВП, ЛПЭНП, ПП), представляют собой неполярные полимеры с низкой свободной поверхностной энергией и низким поверхностным натяжением во влажном состоянии, что затрудняет адгезию покрытий. Добавление карбоната кальция может улучшить шероховатость поверхности, тем самым увеличивая поверхностное натяжение композитного материала и придавая ему отличные адсорбционные свойства. Таким образом, он может улучшить способность композитного материала к нанесению покрытия и печати.
IV. Как порообразователь
Частицы карбоната кальция могут быть добавлены в полимерную матрицу в качестве «порогена». Этот композитный материал отливается или выдувается в пленку, а затем растягивается. Это растяжение может вызвать расслоение на границе раздела между полимерной матрицей и частицами карбоната кальция, образуя мельчайшие поры (примерно от 0,01 до 10 мкм), что придает пленке воздухопроницаемость и водонепроницаемость.
V. Улучшение экологических преимуществ
Эффект дымоподавления: CaCO3 может реагировать с галогеноводородами в дыме с образованием стабильных соединений, таких как CaCl2. Поэтому добавление карбоната кальция в полимеры, выделяющие галогеноводороды при горении, такие как винилхлорид, хлорсульфированный полиэтилен и хлоропреновый каучук, может обеспечить хороший эффект дымоподавления. Одновременно с этим мельчайшие поры, образуемые карбонатом кальция в пластике, увеличивают площадь горючей поверхности, контактирующей с кислородом, способствуя более полному сгоранию и уменьшению выделения черного дыма.
VI. Улучшение пенообразующих свойств. Карбонат кальция может действовать как зародышеобразователь, адсорбируя пенообразующие газы и образуя в полимере мельчайшие пузырьки. Он также может замедлить деформацию и движение расплава, тем самым препятствуя быстрому расширению ячеек, что приводит к образованию более мелких ячеек, усиливает эффект вспенивания и приводит к получению вспененных пластиков.