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纳米碳酸钙各项性能指标间的作用关系及其对硅酮胶的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-07-06  来源:中国粉体技术网  浏览次数:66
核心提示:纳米碳酸钙(粒径1-100nm)是一种功能性无机填料,广泛应用于塑料、橡胶、油墨、涂料、造纸、胶粘剂、密封胶等领域。在密封胶行业,纳米碳酸钙是常见的增稠补强填料,不仅具有普通碳酸钙的性能,更具有超细、超纯、分散性好和表面改性的特点,可提高材料的补强性能、拉伸性能及抗老化性能。
 纳米碳酸钙各项性能指标间的作用关系及其对硅酮胶的影响


       纳米碳酸钙(粒径1-100nm)是一种功能性无机填料,广泛应用于塑料、橡胶、油墨、涂料、造纸、胶粘剂、密封胶等领域。在密封胶行业,纳米碳酸钙是常见的增稠补强填料,不仅具有普通碳酸钙的性能,更具有超细、超纯、分散性好和表面改性的特点,可提高材料的补强性能、拉伸性能及抗老化性能。
    今天,粉体技术网就来跟大家分享一下,纳米碳酸钙晶型、形貌、粒径、比表面积、吸油值、黏度、振实密度等各项性能指标的作用及相互间的关系,并总结其对硅酮密封胶性能的影响。
 
一、纳米碳酸钙各项检测指标的作用及相互间的关系

1、晶型、形貌和粒径

    国内大部分碳酸钙厂家的产品介绍资料中,都描述其产品为立方体,实则不然。笔者选取了国内外多家碳酸钙厂家的不同型号的碳酸钙产品,并通过电镜观察发现其晶体形貌与产品说明书有很大的不同(图1-图4),较为规整的以柱面体居多,不规整的大多是轻钙的纺锤体结构。当然,国内也有一两家晶体做的规整的产品,有菱形的,有立方体的。
纳米碳酸钙各项性能指标间的作用关系及其对硅酮胶的影响
 
纳米碳酸钙各项性能指标间的作用关系及其对硅酮胶的影响

    从上述电镜照片上不仅可以看出晶体的形貌,还能看出粒径的大小和分布。晶型、粒径与BET比表面积的关系可以简单描述为:同一种晶体形状,粒径越小,BET表面坑坑洼洼,则比表面积也会高。

2、吸油值、黏度、稠度、振实密度

       选取国内市场上几种常见的碳酸钙粉体,测试其比表面积、吸油值、黏度、振实密度等基本性能,详细测试结果列于表1。
 
纳米碳酸钙各项性能指标间的作用关系及其对硅酮胶的影响

    很多硅酮胶生产企业非常注重纳米碳酸钙产品的吸油值。吸油值的测试方法为:称取一定量的纳米碳酸钙试样,用滴定管滴加邻苯二甲酸二辛酯(DOP),同时用调刀不断进行翻动研磨,起初试样呈分散状,后逐渐成团直至全部被DOP所润湿,最后再计算DOP的消耗量,以每100g纳米碳酸钙吸收的DOP的量为吸油值。整个过程在15~20min间完成,以形成一整团为终点。

    吸油值受很多条件的影响,如晶体的形状和规整度等。有些专家提出粒径越细,吸油值越高,这种说法较为片面,其成立的前提是相同晶型、同等规整、且改性剂相同。吸油值的高低更能反映的是晶体形状和规整程度,晶体越接近立方体,表面越规整,吸油值越低。

    黏度的测试方法通常是用一定量及一定黏度的107胶与一定量的纳米碳酸钙高速分散,然后放置一定的时间后用博利飞黏度计检测。与吸油值的测试方法相比,黏度检测方法更接近应用实况。黏度与晶体的表面能有关,即与粒子的大小、表面处理方式有关。黏度越高,则加工性能越差。

    稠度的检测方法很简单,但同时误差也是最大的。稠度在一定程度上不一定能真实的反应碳酸钙产品的性能,如要测试产品的加工性能,检测挤出性更直接。

    振实密度反映了碳酸钙粉体的堆积状态,也与粒子形状及大小有关系。有人认为纳米钙堆积密度越小,粉体很蓬松、体积大更好,实际上振实密度小不代表真实密度小。粒子形状越规整,越接近于球形、立方体、粒径分布越集中的产品,振实密度越大,但不代表做出的密封胶体积就小。看起来很蓬松的粉体只代表了其含气量高,而且这种粉体的吸油值绝对不会低。

    真实密度是晶体的密度,胶的密度只跟晶体的密度(与晶体的形状有关系)与晶体的粒径有关系。

3、其他指标
   
    其他指标,水分、pH值等应越低越好,因为羟基会影响硅酮胶的储存稳定性和稠度;产品的白度越高越好,制得的硅酮胶亮度高。当然,硅酮胶的亮度高不完全是由白度决定的,与纳米钙产品的加工性能、色相也有较大关系。

 二、碳酸钙在硅酮胶中的应用

 1、肟型胶实验一(含胶量约17%)

    基料:先在捏合机内加107胶595g、硅油35g;升温搅拌30min,加入宇信601纳米钙700g,重钙175g,再加入样品粉(3种,分别为南部某企业、宇信纳米钙600、宇信活性钙503)1575g,升温至100℃;抽真空至-0.08MPa以下,搅拌3h后放空;加入白油420g,搅拌30min;出料,冷却至室温,检测黏度、稠度。

    制胶:在制胶机中加入基料1000g,加入甲三丁42g、乙三丁5g,抽真空搅拌25min;再加入稳定剂(催化剂)0.7g、偶联剂KH-550、KH-560各2.0g,抽真空搅拌25min;挤出,灌入胶筒。

    按照标准GB/T13477《建筑密封材料试验方法》测试密封胶的性能,详细结果见表2。

 
纳米碳酸钙各项性能指标间的作用关系及其对硅酮胶的影响
     
2、肟型胶实验二(含胶量约40%)

    基料:先在捏合机内加入107胶1500g、硅油67g;升温搅拌30min,再加入样品粉1791g(共6种,分别是宇信603A、宇信603B、宇信603C、东部某企业、北方某企业、西部某企业),升温至100℃;抽真空至-0.08MPa以下,搅拌3h后放空;加入白油224g,搅拌30min;出料,冷却至室温,检测黏度、稠度。
      制胶:在制胶机中加入基料1000g,加入甲三丁50g、乙三丁5g;抽真空搅拌25min,再加稳定剂(催化剂)0.6g、偶联剂KH-550、KH-560各2.0g,抽真空搅拌25min;挤出,灌入胶筒。
      按照标准GB/T13477《建筑密封材料试验方法》测试密封胶的性能,详细结果见表3。
 
纳米碳酸钙各项性能指标间的作用关系及其对硅酮胶的影响
  
 三、结果与讨论

    从表2、表3中可以看出(比较是在同一配方前提下,只做粉体单项对比):

     
    1)碳酸钙的吸油值与密封胶的稀稠度。活性钙的吸油值很高,但其基料稠度与胶的稠度都明显较稀,而且挤出性明显优于纳米钙。因此,单看吸油值的高低,不能证明粉体对胶的稀稠度的影响。此外,活性钙的密度明显较高,用其制备的密封胶拉伸强度和伸长率较差。

    2)基料的黏度与产品的挤出性能与碳酸钙吸油值关联性不大,主要与比表面积、晶型及改性剂有关。基于其他项接近的原则下,比表面积越高,则基料越稠、产品的挤出性能越差;晶体形状越完整、粒径分布越集中,则基料的黏度变化越小,产品的触变性越好,挤出性越好。改性剂的选择很重要,表面处理的好坏直接关系到基料的黏度和产品的挤出性能:脂肪酸复配处理的产品比单一用十八酸处理的产品稠度稀,用偶联剂与脂肪酸复合改性的产品挤出性明显较好。

    3)硅酮胶的密度与碳酸钙的振实密度及堆积密度关联不大,主要与晶体密度及粒径有关。晶体密度越低、粒径越小的碳酸钙制得的硅酮胶密度越小。

    4)硅酮胶的拉伸强度主要决定于碳酸钙的比表面积和晶体形状。即,在同样的晶型下,比表面积越高的碳酸钙制得的密封胶拉伸强度越高;在同样比表面积的前提下,立方体晶型的碳酸钙制得的密封胶拉伸强度较高。

    5)硅酮胶的伸长率与碳酸钙比表面积、晶体形状,改性剂种类有关。相同晶型时,比表面积越低的碳酸钙制得的密封胶伸长率越高;用不同链长的脂肪酸复合改性比单一脂肪酸改性的产品制得的密封胶伸长率高;用脂肪酸和偶联剂协同改性的产品制得的密封胶产品综合性能最优,不仅拉伸强度不受影响,而且伸长率高。

    6)硅酮胶的粘结性能与纳米钙的晶型及表面处理有关系。晶体越规整、粒径分布越集中的产品制得的密封胶粘结性能越好。表面处理越好的产品制得的密封胶粘结性能越好,偶联剂与脂肪酸复合处理的产品粘结性能更好。

    7)硅酮胶浸水后的粘结性能、拉伸强度与纳米钙产品的晶型及表面处理有关系。晶体越规整、粒径分布越集中的产品制得的密封胶浸水后的性能越好。表面处理的助剂与改性条件对浸水后的性能影响最大,不仅要选择合适的改性剂,还要在合适的表面处理条件下改性,这样表面改性的效果越好,制得的密封胶浸水后的性能越好。


来源:中国粉体技术网

 
 
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