活性納米碳酸鈣制備及其對(duì)PE薄膜性能的影響
薄膜主要由聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等樹脂制成，具有柔軟性、延展性，良好的加工性能和印刷性能，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域，但是由于樹脂生產(chǎn)成本高，對(duì)環(huán)境影響大，通常需要加入填料降低成本。
由于普通填料的性能問題，會(huì)對(duì)薄膜的透明性產(chǎn)生影響。目前市場(chǎng)上透明母粒用的滑石填料粒徑為微米級(jí)，粒子粗，透明性和強(qiáng)度較差；硫酸鈉填料為水溶性物質(zhì)，遇水易溶解，耐水和耐候性能差，以上兩種填料并不適應(yīng)于要求較高的產(chǎn)品。
納米硫酸鋇因其透明性高、光澤度好，常用于對(duì)透明度要求較高的薄膜，另一方面其由硫酸與碳酸鋇反應(yīng)制備而成，生產(chǎn)中對(duì)環(huán)境污染大，且由于其比重大，同樣重量的母粒，吹出來的膜面積小，造成薄膜生產(chǎn)成本高。
納米碳酸鈣作為一種新型的填料，粒子尺寸小，比表面積大，可增加塑料薄膜的強(qiáng)度，具有比重小，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是由于納米碳酸鈣粒徑較小，易造成團(tuán)聚與塑料的相溶性差，影響其透明性和分散性。
劉亞雄利用硫酸鋇、硬脂酸皂、磷酸酯偶聯(lián)劑和檸檬酸酯等對(duì)納米碳酸鈣進(jìn)行無機(jī)-有機(jī)復(fù)合改性，考察了活性納米碳酸鈣對(duì)PE薄膜性能的影響。
制備工藝：將石灰石和無煙煤按10∶1的比例在立窯中混合，煅燒溫度1000±100℃，得到石灰和窯氣；窯氣經(jīng)凈化得到潔凈窯氣；生石灰與熱水在回旋消化機(jī)中進(jìn)行消化反應(yīng)，得到石灰乳，石灰乳過篩和陳化得到精制石灰乳，調(diào)節(jié)石灰乳的溫度為18～30℃，濃度為6%～10%；將精制石灰乳泵入碳化反應(yīng)器中，通入潔凈窯氣（含CO2為30%～35%），加入晶形控制劑（山梨糖醇），攪拌進(jìn)行碳化反應(yīng)，制備納米碳酸鈣漿料，當(dāng)漿液pH值=7～8時(shí)，停止碳化；慢慢加入按摩爾比1∶1配制的硫酸鈉和氯化鋇的水溶液，繼續(xù)攪拌60min，直到納米碳酸鈣的表面包覆硫酸鋇，再繼續(xù)碳化漿液至pH值≤7時(shí)，加入表面改性劑攪拌90min進(jìn)行活化；經(jīng)過壓濾得到濾餅，濾餅水分為35%～40%；放置在電熱恒溫干燥箱干燥到水分≤0.5%；經(jīng)氣流粉碎機(jī)粉碎后包裝得到產(chǎn)品。
將制備的納米碳酸鈣按下表配方在高速混合機(jī)中混合，溫度110℃，攪拌5min，得到混合料。
將混合料加入雙螺桿擠出機(jī)中，控制加熱、恒溫、保溫、出料區(qū)的溫度分別為：165、160、155、145℃，擠出、切粒后，按20%的比例加入PE中進(jìn)行吹膜，制備PE薄膜，進(jìn)行性能測(cè)試。
山梨糖醇是一種多元醇，可以提高Ca（OH）2的溶解度，促進(jìn)反應(yīng)時(shí)生成小粒子，增加納米碳酸鈣的比表面積，對(duì)提高薄膜的透光率具有積極促進(jìn)作用。
隨著山梨糖醇用量增加后，粒子變小，比表面積增大，有利于光線繞射，透明率提高；但是比表面積達(dá)到一定程度，吸油值增加，加工阻力增大，粒子之間作用力強(qiáng)，造成分散性下降。綜合考慮，確定山梨糖醇用量為納米碳酸鈣的0.6%。
納米碳酸鈣的形態(tài)為立方體，加入硫酸鋇包覆納米碳酸鈣主要目的是形成具有海棉結(jié)構(gòu)的沉積層，產(chǎn)生一定的空隙率，改善分散性，提升光的透光率，進(jìn)而提高透明性。
隨著硫酸鋇用量的增加，納米碳酸鈣被硫酸鋇包覆，分散性和光透光率變好，當(dāng)用量達(dá)到10%以上后，透光率變化不大，綜合考慮成本因素，確定硫酸鋇用量為納米碳酸鈣干基量的10%。
通過硬脂酸皂溶解磷酸酯和檸檬酸三丁酯，包覆到納米碳酸鈣表面，硬脂酸皂可提高分散性，磷酸酯偶聯(lián)劑具有增強(qiáng)效果，檸檬酸三丁酯增加相溶性，可以降低吸油值，提高分散性和提高光透過率。
整體來看，當(dāng)晶形控制劑山梨糖醇用量為納米碳酸鈣的0.6%，按納米碳酸鈣量的10%硫酸鋇作為無機(jī)表面處劑，采用4%硬脂酸皂、1%酸酯偶聯(lián)劑和1%檸檬酸酯作為有機(jī)表面處理劑，制備的納米碳酸鈣比表面積為30.6m2/g，吸油值為19.2gDOP/100g，電鏡測(cè)試平均粒徑為40nm，激光粒徑儀測(cè)試D50為0.43μm，制備的PE薄膜，具有良好的分散性，透光率可達(dá)88.9%。
納米碳酸鈣較納米硫酸鋇具有較小的比重，相比納米硫酸鋇母粒比重小50%以上，同樣重量的母粒可吹膜的面積更大，可以降低母粒的生產(chǎn)成本。
資料來源：《劉亞雄.透明母粒用納米碳酸鈣的制備及應(yīng)用效果評(píng)價(jià)[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2021(04):50-52+62》
劉經(jīng)理