Eigenschaften von aktivem Calciumcarbonat und modifiziertem Calciumcarbonat und gängigen Modifikatoren

Calciumcarbonat, das als Füllstoff verwendet wird, weist ohne Oberflächenbehandlung eine geringe Affinität zu organischen Polymeren auf und kann leicht zu einer ungleichmäßigen Dispersion in Polymeren führen, was zu Schnittstellendefekten zwischen den beiden Materialien führt. Daher ist es notwendig, die Anwendungsleistung von Calciumcarbonat-Füllstoffen zu verbessern.

Aktiv Kalziumkarbonat (auch als modifiziertes Calciumcarbonat bekannt) besteht aus gewöhnlichem Calciumcarbonatpulver (schweres Calciumcarbonat und leichtes Calciumcarbonat) als Basismaterial. Die Oberfläche des anorganischen Pulvers wird durch multifunktionale Tenside und hocheffiziente Verarbeitungshilfsmittel modifiziert und aktiviert. Das modifizierte Calciumcarbonatpulver bildet auf seiner Oberfläche eine spezielle Beschichtungsstruktur, die die Dispergierbarkeit und Affinität in Polymermatrizen wie Polyolefinen deutlich verbessern und eine Grenzflächeninteraktion mit der Polymermatrix erzeugen kann, um die Schlagfestigkeit des Produkts zu verbessern. Es handelt sich um eine Art inkrementeller Füllstoff mit hervorragender Leistung.

Bei der Behandlung von Calciumcarbonat mit Tensiden (da Calciumcarbonat eine anorganische Substanz ist) weist es eine hohe Affinität zu den hydrophilen Gruppen des Tensids auf. Die chemische Verbindung zwischen beiden ähnelt einer chemischen Bindung, und die oleophilen Gruppen werden an die Oberfläche der Calciumcarbonatpartikel gelenkt, wo sie einen einzelnen Molekülfilm bilden. Dies ist das Grundprinzip der Herstellung von aktivem Calciumcarbonat. Der behandelte Füllstoff verändert seine hydrophile zu lipophilen Eigenschaften und weist eine gute Affinität zu organischen Verbindungen wie Harzen auf. Es ist zu beachten, dass neben Tensiden auch organische Haftvermittler und verschiedene in den letzten Jahren entwickelte Modifikatoren zur Oberflächenbehandlung von Calciumcarbonat eingesetzt werden können. Sämtliches mit diesen Substanzen behandeltes Calciumcarbonat kann allgemein als aktives Calciumcarbonat bezeichnet werden.

Aktives Calciumcarbonat verleiht allgemeinen Gummi- und Kunststoffprodukten eine gewisse Verstärkung und verbessert die Kompatibilität von anorganischen Füllstoffen und Harzen. Dadurch werden die mechanischen Eigenschaften der Produkte und die Verarbeitungseigenschaften verbessert, die thermische Stabilität von Verbundwerkstoffen verbessert und eine hohe Füllleistung erreicht. Wird für PVC-Rohre, -Platten, -Kabelmaterialien usw. verwendet. Es kann die thermische Stabilität von Verbundwerkstoffen, die Oberflächenbeschaffenheit und die Füllmenge verbessern, die Harzmenge reduzieren und die Kosten senken. Kann auch für PP, PE, Gummi usw. verwendet werden.

Leichtes Calcium war der wichtigste Ausgangsstoff bei der frühen Produktion von aktivem Calciumcarbonat. Da der Produktionsprozess von leichtem Calcium komplex, der Preis hoch und die Produktion von leichtem Calcium umweltschädlich ist, geht der Trend im letzten Jahrzehnt dahin, leichtes Calcium schrittweise durch schweres Calcium zu ersetzen. Das Verhältnis von schwerem zu leichtem Calcium liegt in Industrieländern bei etwa 14–18:1 und ist damit deutlich höher als in China. Mit der Entwicklung verwandter Industrien hat sich in den oben genannten Anwendungsbereichen das Dosierungsverhältnis von schwerem zu leichtem Calcium in China schrittweise auf das 8- bis 12-Fache erhöht.

Häufig verwendete Modifikatoren und Behandlungsmethoden

Bei schwerem Calciumcarbonat werden üblicherweise harte Estersäuren und ihre Salze, Haftvermittler usw. als Oberflächenmodifizierungsmittel verwendet.

1. Stearinsäure und ihre Salze

Die üblicherweise verwendete Modifizierungsmethode besteht darin, Calciumcarbonat zu trocknen, Wasser zu entfernen und die Modifizierungsreaktion in einer Modifizierungsanlage durchzuführen. Die Trocknungszeit liegt bei 100–110 °C, die Reaktionszeit beträgt höchstens 0,5–1,0 Stunden. Das getrocknete schwere Calciumcarbonat wird in die Modifizierungsanlage gegeben und die harte Estersäure oder deren Salz unter Rühren zugegeben. Die Stearinsäuremenge beträgt etwa 0,8–1,0 % der Calciumcarbonatqualität. Die Reaktionstemperatur liegt bei etwa 100 °C, die Reaktionszeit beträgt 15–30 Minuten, und das Produkt kann nach Fertigstellung verpackt werden.

Mit Stearinsäure oder Stearat modifiziertes Calciumcarbonat hat eine recht gute Verstärkungswirkung und kann Füllstoffe wie Ruß und weißen Ruß ersetzen. Der modifizierte Calciumcarbonat-Füllstoff kann die Schlagfestigkeit von Kunststoffprodukten verbessern und Titandioxid in der Beschichtungsindustrie teilweise ersetzen.

2. Haftvermittler

2.1 Titanat-Haftvermittler: Entsprechend der Molekülstruktur und der Konfiguration des mineralischen Oberflächenhaftvermittlers kann der Titanathaftvermittler in drei Typen unterteilt werden: Monoalkoxy, Chelat und Koordination.

Monoalkoxytyp: Zusätzlich zu Pyrophosphatester kann der Haftvermittler aufgrund der geringen Wasserbeständigkeit nur mit einem organischen Lösungsmittel oder einem inerten wasserfreien Weichmacher verdünnt werden. Das Massenverhältnis von Lösungsmittel und Haftvermittler sollte größer als 1 sein. Nach dem vollständigen Verrühren und Auflösen wird das vorgetrocknete schwere Kalziumpulver aufgetropft oder aufgesprüht, um es gut zu vermischen. In einer modifizierten Anlage bei 90–100 °C für mehr als 15 Minuten verrühren. Calciumcarbonat kann auch in das Lösungsmittel gegeben werden, das den Haftvermittler enthält, und gleichmäßig verrührt werden. Der Haftvermittler wird mit schwerem Kalzium umhüllt und das überschüssige Lösungsmittel entfernt.

Chelatbildner: Gute Wasserbeständigkeit, kann in der Wasserphase mit schwerem Calciumpulver beschichtet werden, die meisten davon sind jedoch wasserunlöslich. Wasserbasierte Lösungsmittel, Tenside oder Hochgeschwindigkeitsrühren können die Emulgierung und Dispersion in Wasser fördern. Titanate mit Phosphat-, Pyrophosphat- und Sulfonsäuregruppen können mit Aminreagenzien quartär aminiert und in Wasser gelöst werden. Wenn Sie beispielsweise Calciumcarbonatpulver mit dem Chelatbildner KR-138S modifizieren, mischen Sie 1 Teil KR-138S und 0,5 Teile Triethylamin, um ein quartäres Aminsalz herzustellen, dispergieren Sie 600 Teile Wasser, geben Sie 200 Teile Calciumcarbonat hinzu, rühren Sie gut um, entwässern Sie und trocknen Sie.

Koordination: Die Verwendung von Koordinationskupplungsmitteln und Chelattypen ist ähnlich, da die Wasserbeständigkeit gut ist und die meisten von ihnen in Wasser unlöslich sind, sodass sie in organischen Lösungsmitteln gelöst und dann mit Calciumcarbonatpulver beschichtet werden können.

Die Menge des Titanat-Haftvermittlers beträgt etwa 0,5–3,0 % der Calciumcarbonatmasse. Das mit Titanat-Haftvermittler behandelte schwere Calciumpulver ist gut mit Polymermolekülen kompatibel. Da es eine molekulare Brücke zwischen Carbonatmolekülen und Polymermolekülen bilden kann, erhöht es die Wechselwirkung zwischen organischen Polymeren oder Harzen und Calciumcarbonat und verbessert entsprechend die mechanischen Eigenschaften thermoplastischer Verbundwerkstoffe wie Schlagfestigkeit, Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und Dehnung.

2.2 Aluminat-Haftvermittler: Die Modifizierungsmethode des Aluminat-Haftvermittlers ähnelt der Modifizierungsmethode anderer Haftvermittler. Das schwere Calciumpulver wird bei 100–130 °C in die Modifizierungsanlage gegeben, unter Rühren etwa 10 Minuten lang getrocknet und dann dreimal in Abständen von jeweils 2–3 Minuten zum abgemessenen Haftvermittler gegeben. Nach der Zugabe wird 5 Minuten lang gerührt. Die Menge des Aluminat-Haftvermittlers beträgt etwa 1–2 % der Masse des Calciummetastas. Die Verbesserungswirkung des Aluminat-Haftvermittlers auf die Calciumproduktion ist mit der eines Titanat-Haftvermittlers vergleichbar und Stearinsäure und deren Salzen überlegen. Darüber hinaus ist der Aluminat-Haftvermittler billig, hell und beeinträchtigt die Weiße des Produkts nicht.

Durch den Vergleich experimenteller Daten wurde festgestellt, dass die Modifizierungswirkung von Haftvermittlern besser ist als die von Stearinsäure, insbesondere von Titanat-Haftvermittlern. Aufgrund der chemischen Bindung zwischen dem Haftvermittler und der Hydroxylgruppe auf der Oberfläche des Calciumcarbonats bildet sich ein einzelner molekularer Film des Haftvermittlers auf der Oberfläche des Calciumcarbonats. Das andere Ende des Titanat-Haftvermittlers ist mit dem Polymer mischbar, sodass sich Calciumcarbonat gut mit PVC verbindet und das Produkt eine gute Elastizität und Schlagfestigkeit aufweist.