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如何区分轻质碳酸钙和重质碳酸钙

添加时间:2018年07月12日   【字体大小: 】 关注:248
   众所周知,无论是重质碳酸钙(简称重钙)还是轻质碳酸钙(简称轻钙)是塑料工业中使用数量较大、应用面较广的粉体填料。碳酸钙作为廉价的填充材料其经济性是不言而喻的,每年使用700万吨非金属矿产品代替以石油为原料的合成树脂,相当于国家少建2~3座大型石油化工厂,不仅可以节约数百亿元的投资,而且节约下来的是地球上不可再生且日益成为国家必争的战略资源的石油,对社会、对国家乃至对整个地球人类都是不可磨灭的贡献!

  多年的应用实践表明,碳酸钙不仅可以降低塑料制品的原材料成本,而且还具有改善塑料材料某些性能的作用,近几年来的研究更是获得可喜成果,多家大专院校和科研单位的研究成果表明,不同种类的碳酸钙在使用得当时,可显著提高基体塑料的性能,但轻质碳酸钙和重质碳酸钙的区分一直困扰着多数用户,本文作者分多个方面介绍其不同。

  1 来源方式不同

  轻质碳酸钙是化学合成的碳酸钙,又称沉淀碳酸钙、胶体碳酸钙或者活性碳酸钙,甚至可以生产出纳米碳酸钙,简称轻钙。它是将石灰石原料煅烧生成石灰和二氧化碳,再加水消化石灰生成石灰乳,其主要成分氢氧化钙,通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀,经脱水、干燥和粉碎制得,或者由碳酸纳和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀,经脱水、干燥和粉碎制得。重质碳酸钙简称重钙,是用机械方法直接粉碎天然的方解石、大理石、白垩、贝壳等制得。

  2 堆积密度不同

  重钙与轻钙明显的区别就在于产品的堆积密度不同,重钙产品的堆积密度较大,一般为0.8~1.3g/cm3;而轻钙产品的堆积密度较小,多为0.5~0.7g/cm3;一些纳米碳酸钙产品的堆积密度甚至更低,可以达到0.28g/cm3左右。由产品的包装体积也可以粗略分辨出重钙和轻钙产品,一般重钙产品多为25kg/包,产品包装体积较小,而同等质量的轻钙产品包装体积明显较大,一些纳米碳酸钙产品还采用15kg/包或20kg/包的包装。

  习惯上我们常用沉降体积来衡量碳酸钙密度的大小,沉降体积是单位质量的碳酸钙在100ml水中振荡并静置3h后所具有的体积(ml),沉降体积越大说明产品粒度越小、密度越轻、产品档次越高。重质碳酸钙的沉降体积为1.1~1.4ml/g,轻质碳酸钙的沉降体积为2.4~2.8ml/g,纳米轻质碳酸钙的沉降体积为3.0~4.0ml/g,通过沉降体积的不同可以初步判断轻质碳酸钙、重质碳酸钙和纳米碳酸钙。

  其实重钙和轻钙的复合制品的真实密度相差不大,一般重钙真实密度为2.6-2.9 g/cm3,而轻钙为2.4-2.6 g/cm3。也有人说两者真实密度一样,只是堆积密度不同。究其原因是因为轻钙的颗粒形状为纺锤形或者枣核形,占用体积比较大;而重钙的外观形状为块状居多,占用体积比较小。

  3 白度大小不同

  由于重钙产品相对杂质较多,因此产品白度一般为89%~93%,极少数的产品能达到95%。而轻钙产品因为化学合成制成,去除了很多杂质,产品纯净度很高,因此白度多为92%~95%,部分产品可以达到96%~97%,这也是轻钙产品多用于高档或浅色制品填充的主要原因。

  4 水分含量不同

  重钙产品水分一般为0.2%~0.3%,水分含量比较低同时也较为稳定,一些高档的重钙产品水分甚至可以达到0.1%左右。普通轻钙产品水分0.3%~0.8%,有时会有一定的波动不太稳定。传统上重、轻钙的区分就是用水份仪器测试水分,水分大到接近1%就是轻钙,小到0.1%以下为重钙。

  5 粒径大小不同

  重钙产品的粒径为0.5~45um不等,产品粒径因粉碎设备不同而不同。普通轻钙产品的粒径一般为0.5~15um,因颗粒形状为纺锤形难以准确测定,一般是一个范围;轻钙中的纳米碳酸钙粒径更细,尺寸一般为20~200nm。普通轻质碳酸钙的粒度一般在2500目左右,可以满足PVC管材和型材的性能需要,所以从粒度上考虑传统上PVC管材和型材都选用轻质碳酸钙。以前因粉碎设备的限制,重质碳酸钙达不到这个细度,现在重质碳酸钙的粒度完全可以满足需要,甚至比轻质碳酸钙更细,所以现在PVC管材和型材两者都可以选用。

  碳酸钙粒径的测定可以用粒度分析仪,进口的有马尔文,国产的有珠海欧美克的和丹东百特等等。

  6 味道不同

  轻钙因石灰石煅烧后去除掉很多杂质一般来说白度较高,纯度也较高,但国内的轻钙很多因为氧化钙反应不完全,残留有石灰味道,如果用于食品行业,如填充饼干则会有呛人的味道,而重钙没有。另外,过多的氧化钙会造成产品在水性体系偏碱性或者PH值不好调节,导致成品不稳定。

  此外,两者的磷酸含量不同,轻钙中有时为了调整PH值处于合理范围需要加入少量磷酸,而重钙则没有。

  7 颗粒形状不同

  用高倍显微镜看,普通轻钙的颗粒较为规则,在充分分散开来的情况下通常呈纺锤形,对于轻质碳酸钙,合成产品的颗粒形状是可以人为控制的,可以在碳化过程中加入控制剂来实现控制。

  目前开发的控制剂有无机酸、无机碱、有机酸(氨基酸)、醇类、糖类、蛋白质和特殊结构的生物聚合物,例如用双亲水嵌段聚合物PEG-b-PMAA在不同浓度和不同PH值下可以分别制成菱形、花生形、长棒形、球形和哑铃性 外观的碳酸,再如用树枝形聚合物聚天冬氨酸可以制成螺旋形状碳酸,又如加入阴离子右旋糖苷可以获得球形碳酸钙。

  重钙产品由于采用机械粉碎和分级,颗粒形态一般多为立方体、多棱体、长方体等不规则形态,具体见图1所示。对于不同的重钙加工方法,碳酸钙的微观形状不同,例如用擂蒙磨加工的碳酸钙为纺锤形,用气流磨加工的碳酸钙为颗粒形。

  对于重质碳酸钙不同产地碳酸钙具有固定的晶形,破碎和细化不会改变晶型,一般方解石重钙为六方晶型、大理石重钙为立方晶型。对于轻质碳酸钙,在具体碳化制备过程中,三种晶型碳酸钙以不同比例同时出现,要想得到单一纯净的某一晶型,就要控制成型过程。轻质碳酸钙的三种晶型介绍如下:

  (1)方解石晶型

  碳酸钙稳定的晶型,属于六方晶系,通常条件下矿物碳酸钙都以此种晶型存,具有此类晶型的碳酸钙遮盖力大、白度高、纯度好、耐热、耐腐蚀、耐化学稳定。

  (2)文石晶型

  常温下是碳酸钙亚稳定晶型,属于斜方晶系,具有此类晶型的碳酸钙长径比高,常用于聚合物的补强复合材料。

  (3)球霰石晶型

  碳酸钙不稳定的晶型,只有在有机质材料中会有少量存在,并在短时间内会自动转换为方解石晶型或文石晶,具有此类晶型的碳酸钙对生物的生命和健康起着非常重要的作,研究发现树枝状聚合物电介质和某些低分子量聚合物电介质可以促进稳定的球霰石晶型生成。

  8 吸油值不同

  轻质碳酸钙的吸油值为60-90 ml/100mg,远远大于重质碳酸钙的40-60 ml/100mg,因此吸收液体性和吸收树脂性能很,如果配方含有液体助剂,应该选用吸油质小的重质碳酸,吸油值大的无机粉体,会导致需要处理的偶联剂量增,例如碳酸钙的吸油值由40增大到50ml/100mg,会导致偶联剂用量增加30%,在PVC配方中如果选择轻质碳酸,就要多消耗液体助剂和PVC树,因此从吸油值上考虑应该尽可能选择吸油值低的重质碳酸钙。

  9 流动性不同

  从流动性上考虑,轻质碳酸钙的微观结构为纺锤形状,加上其自身吸油值比较大,可以将配方中促进流动的组分如润滑剂、增塑剂、偶联剂、分散剂等吸收,所以它的流动性不如重质碳酸钙好,一般加入量超过25份就严重影响流动性,而重质碳酸钙为颗粒状可以促进流动性,加入量不受限,在PVC管材配方中如果碳酸钙添加超过25份,如果从流动性上考虑最好选用重质碳酸钙。

  10 价格不同

  重质碳酸钙的加工主要是通过机械破碎、研磨的方法实现的;轻质碳酸钙的生产是通过化学反应沉淀后制取的,后者比前者的工艺复杂的多,要求也相应严格的多,因此同等粒径的重质碳酸钙要比轻质碳酸钙便宜30%左右,如果性能允许可选择重质碳酸钙更经济便宜。

  11 改性功能不同

  重、轻质碳酸钙两者改性效果区分有细微区别,重质碳酸钙对拉伸强度较好,而轻质碳酸钙对冲击强度和刚性较好,一般用轻钙的塑料表面更光滑一些,而且密度会低一些;使用重钙塑料加工流动性要好一些,而且粒径较小的重钙填充塑料性能也较好。

  12 色光可控度不同

  色相为颜色的主色调,而色光为颜色的余光。不同的碳酸钙具有不同的色光,具体有白色、红色、青色、黄色之分,究其原因为其晶型的不同,不同晶型的粉体具有不同的色相,碳酸钙具有三种不同的晶型,因此也就具有不同的色相。

  对于重质碳酸钙而言不同产地碳酸钙所发出的底色不同,破碎和细化也不会改变。如四川碳酸钙底色发蓝色,广西碳酸钙底色发红色、江西碳酸钙底色发青色等等。而对于轻质碳酸钙,因为它为化学合成法人工制成,在合成的过程中可以控制其产生晶型的种类,所有就可以控制其色光的类型。

  在具体配色时,碳酸钙的色光要与主着色剂色相一致,例如带蓝色色光的碳酸钙会消除黄色颜料的着色力。也经常利用带蓝色色光的碳酸钙,去消除在黄色色光的制品轻质碳酸钙带有蓝色色光,我们一般常用它加入PVC制品中消除其自身带有的黄色色光。这也是以前PVC很喜欢选择添加轻质碳酸钙而不选择重质碳酸钙的其中一个原因。

  13 PH值大小不同

  轻质碳酸钙的PH值为9-10,而重质碳酸钙的PH值为8-9,也就是说轻质碳酸钙的碱性比重质碳酸钙更强一些,在碳酸钙复合制品燃烧过程中,更加容易吸收酸性分解气体。因此,碳酸钙复合制品焚烧低毒气的原因为碳酸钙本身呈现碱性,可以吸收燃烧产生的HCI、H2S等酸性气体,消除酸性能物质遇氯元素产生二噁英的隐患。

  在欧美日韩发达国家及我国台湾地区的环保法明确规定凡一次性塑料垃圾袋,生产时必须添加碳酸钙(CaCO3),日本规定焚烧处理塑料垃圾袋都要求含有30%以上的碳酸钙,并由专门的环保部门监制。

  只有填充了无机物碳酸钙(CaCO3)在焚烧时才可降低发热量,焚烧时化为粉末不滴油、不冒黑烟,无二次公害产生,且不损伤焚化炉,符合环保产品的国际趋势。

  所以,从焚烧碳酸钙复合制品低释放毒气上考虑,首选轻质碳酸钙具有更加环保的社会意义。

  结论:正确区分好轻质碳酸钙和重质碳酸钙,在具体配方设计时选取适合自己的碳酸钙具有重要的意义,这样就可以按需要选取材料,既可以满足性能又可以降低成本。

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