多年的應用實踐表明,碳酸鈣不僅可以降低塑料制品的原材料成本,而且還具有改善塑料材料某些性能的作用,近幾年來的研究更是獲得可喜成果,多家大專院校和科研單位的研究成果表明,不同種類的碳酸鈣在使用得當時,可顯著提高基體塑料的性能,但輕質碳酸鈣和重質碳酸鈣的區(qū)分一直困擾著多數用戶,本文作者分多個方面介紹其不同。
1、堆積密度不同
重鈣與輕鈣最明顯的區(qū)別就在于產品的堆積密度不同,重鈣產品的堆積密度較大,一般為0.8~1.3g/cm3;而輕鈣產品的堆積密度較小,多為0.5~0.7g/cm3;一些納米碳酸鈣產品的堆積密度甚至更低,可以達到0.28g/cm3左右。由產品的包裝體積也可以粗略分辨出重鈣和輕鈣產品,一般重鈣產品多為25kg/包,產品包裝體積較小,而同等質量的輕鈣產品包裝體積明顯較大,一些納米碳酸鈣產品還采用15kg/包或20kg/包的包裝。
習慣上我們常用沉降體積來衡量碳酸鈣密度的大小,沉降體積是單位質量的碳酸鈣在100ml水中振蕩并靜置3h后所具有的體積(ml),沉降體積越大說明產品粒度越小、密度越輕、產品檔次越高。重質碳酸鈣的沉降體積為1.1~1.4ml/g,輕質碳酸鈣的沉降體積為2.4~2.8ml/g,納米輕質碳酸鈣的沉降體積為3.0~4.0ml/g,通過沉降體積的不同可以初步判斷輕質碳酸鈣、重質碳酸鈣和納米碳酸鈣。
其實重鈣和輕鈣的復合制品的真實密度相差不大,一般重鈣真實密度為2.6-2.9 g/cm3,而輕鈣為2.4-2.6 g/cm3。也有人說兩者真實密度一樣,只是堆積密度不同。究其原因是因為輕鈣的顆粒形狀為紡錘形或者棗核形,占用體積比較大;而重鈣的外觀形狀為塊狀居多,占用體積比較小。
2、水分含量不同
重鈣產品水分一般為0.2%~0.3%,水分含量比較低同時也較為穩(wěn)定,一些高檔的重鈣產品水分甚至可以達到0.1%左右。普通輕鈣產品水分0.3%~0.8%,有時會有一定的波動不太穩(wěn)定。傳統(tǒng)上重、輕鈣的區(qū)分就是用水份儀器測試水分,水分大到接近1%就是輕鈣,小到0.1%以下為重鈣。
3、白度大小不同
由于
重質碳酸鈣產品相對雜質較多,因此產品白度一般為89%~93%,極少數的產品能達到95%。而輕鈣產品因為化學合成制成,去除了很多雜質,產品純凈度很高,因此白度多為92%~95%,部分產品可以達到96%~97%,這也是輕鈣產品多用于高檔或淺色制品填充的主要原因。
4、顆粒形狀不同
用高倍顯微鏡看,普通輕鈣的顆粒較為規(guī)則,在充分分散開來的情況下通常呈紡錘形,具體見圖2所示。對于輕質碳酸鈣,合成產品的顆粒形狀是可以人為控制的,可以在碳化過程中加入控制劑來實現(xiàn)控制。目前開發(fā)的控制劑有無機酸、無機堿、有機酸(氨基酸)、醇類、糖類、蛋白質和特殊結構的生物聚合物,例如用雙親水嵌段聚合物PEG-b-PMAA在不同濃度和不同PH值下可以分別制成菱形、花生形、長棒形、球形和啞鈴性 外觀的碳酸,再如用樹枝形聚合物聚天冬氨酸可以制成螺旋形狀碳酸,又如加入陰離子右旋糖苷可以獲得球形碳酸鈣。
重鈣產品由于采用機械粉碎和分級,顆粒形態(tài)一般多為立方體、多棱體、長方體等不規(guī)則形態(tài),具體見圖1所示。對于不同的重鈣加工方法,碳酸鈣的微觀形狀不同,例如用擂蒙磨加工的碳酸鈣為紡錘形,用氣流磨加工的碳酸鈣為顆粒形。
對于
重質碳酸鈣不同產地碳酸鈣具有固定的晶形,破碎和細化不會改變晶型,一般方解石重鈣為六方晶型、大理石重鈣為立方晶型。對于輕質碳酸鈣,在具體碳化制備過程中,三種晶型碳酸鈣以不同比例同時出現(xiàn),要想得到單一純凈的某一晶型,就要控制成型過程。輕質碳酸鈣的三種晶型介紹如下:
(1)方解石晶型 這是碳酸鈣最穩(wěn)定的晶型,屬于六方晶系,通常條件下礦物碳酸鈣都以此種晶型存,具有此類晶型的碳酸鈣遮蓋力大、白度高、純度好、耐熱、耐腐蝕、耐化學穩(wěn)定。
(2)文石晶型 常溫下是碳酸鈣亞穩(wěn)定晶型,屬于斜方晶系,具有此類晶型的碳酸鈣長徑比高,常用于聚合物的補強復合材料。
(3)球霰石晶型 是碳酸鈣最不穩(wěn)定的晶型,只有在有機質材料中會有少量存在,并在短時間內會自動轉換為方解石晶型或文石晶,具有此類晶型的碳酸鈣對生物的生命和健康起著非常重要的作,研究發(fā)現(xiàn)樹枝狀聚合物電介質和某些低分子量聚合物電介質可以促進穩(wěn)定的球霰石晶型生成。
5、來源方式不同
輕質碳酸鈣是化學合成的碳酸鈣,又稱沉淀碳酸鈣、膠體碳酸鈣或者活性碳酸鈣,甚至可以生產出納米碳酸鈣,簡稱輕鈣。它是將石灰石原料煅燒生成石灰和二氧化碳,再加水消化石灰生成石灰乳,其主要成分氫氧化鈣,通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉淀,經脫水、干燥和粉碎制得,或者由碳酸納和氯化鈣進行復分解反應生成碳酸鈣沉淀,經脫水、干燥和粉碎制得。重質碳酸鈣簡稱重鈣,是用機械方法直接粉碎天然的方解石、大理石、白堊、貝殼等制得。
6、味道不同
輕鈣因石灰石煅燒后去除掉很多雜質一般來說白度較高,純度也較高,但國內的輕鈣很多因為氧化鈣反應不完全,殘留有石灰味道,如果用于食品行業(yè),如填充餅干則會有嗆人的味道,而重鈣沒有。另外,過多的氧化鈣會造成產品在水性體系偏堿性或者PH值不好調節(jié),導致成品不穩(wěn)定。此外,兩者的磷酸含量不同,輕鈣中有時為了調整PH值處于合理范圍需要加入少量磷酸,而重鈣則沒有。
7、粒徑大小不同
重鈣產品的粒徑為0.5~45um不等,產品粒徑因粉碎設備不同而不同。普通輕鈣產品的粒徑一般為0.5~15um,因顆粒形狀為紡錘形難以準確測定,一般是一個范圍;輕鈣中的納米碳酸鈣粒徑更細,尺寸一般為20~200nm。普通輕質碳酸鈣的粒度一般在2500目左右,可以滿足PVC管材和型材的性能需要,所以從粒度上考慮傳統(tǒng)上PVC管材和型材都選用輕質碳酸鈣。以前因粉碎設備的限制,重質碳酸鈣達不到這個細度,現(xiàn)在重質碳酸鈣的粒度完全可以滿足需要,甚至比輕質碳酸鈣更細,所以現(xiàn)在PVC管材和型材兩者都可以選用。
碳酸鈣粒徑的測定可以用粒度分析儀,進口的有馬爾文,國產的有珠海歐美克的和丹東百特等等。