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碳酸钙粉末竟然可以直接加入吹膜生产工艺?
导语:CaCO3是塑料工业中最重要的矿物,同时也是消耗量最大的矿物,可应用于多个领域。本文将会先简单介绍碳酸钙的基本性能,然后再介绍其在管道和聚丙烯片材的应用,最后剖析CaCO3用于吹塑薄膜的优势。

一、碳酸钙(CaCO3)是最常用的矿物改性剂之一

先进的吹塑薄膜挤出生产线能够加工各种原料,如:聚烯烃、阻隔层和增粘树脂,以及各种添加剂,如母料和生物聚合物。一般来说,这些树脂都可以用作料粒,它们可以在反应器里生成或在送入转换器之前经过二道工序与添加剂混合。薄膜制造商将这些树脂、添加剂和母料混合,可生产各种多达11层的吹塑薄膜。矿物改性剂为薄膜的经济生产提供了机会。同时,聚烯烃薄膜的机械性能也得到了改善,厚度也大大降低。其中,碳酸钙(CaCO3)是最常用的矿物改性剂之一

CaCO3是一种常见的矿物,约4%的大陆地壳均由它组成,其形态可能是白垩岩、石灰石或大理石。岩石从采石场采取,然后通过碾磨变成粉末,再经过打浆和表面处理等步骤,即可用于塑料领域的多种用途。由于大量的CaCO3沉积,这种矿物被认为是几乎无法消灭的原料来源。

二、CaCO3粉末可直接加入加工生产线

CaCO3通常以填充母料的形式加入聚烯烃。但是,一些特殊的生产线可直接将CaCO3粉末加入管材和聚丙烯片材的生产工艺中。利用德国沃姆斯的莱芬豪舍吹塑薄膜有限公司最新研发的Evolution超融合技术,制造商已能将CaCO3粉末直接加入吹塑薄膜加工生产线。这些集成了超融合技术的生产线均配备一个特殊的同向旋转双螺杆挤出机REItruder(如下图),并且被设计成单层生产线或配备两个标准挤出机用于生产超薄表层的三层生产线(如下图)。


REItruder(特殊的同向旋转双螺杆挤出机)装在Evolution三层吹塑薄膜生产线上(图片来源:莱芬豪舍)

Evolution三层超融合生产线利用大量的CaCO3粉末生产用于泥土包装的黄色/黑色薄膜(图片来源:莱芬豪舍)

高精度的粉末加料系统和REItruder经过改造的混合螺杆元件确保了聚合物熔体(如上图)的最优填料分布。此外,高效的真空脱气系统可用于去除原料中的水分。


利用超融合技术生产的吹塑薄膜的SEM,中间层含35%的CaCO3(此处使用瑞士奥夫特林根Omya International AG公司制造的Omyafilm707-AV)在中间层(图片来源:Omya)

三、CaCO3用于吹塑薄膜的优势

但是,值得注意的是,选择正确的CaCO3粉末类型是在塑料应用中获得出色表现的前提,如:正确的特定粒度分布、高纯度和优化的表面处理。

1.CaCO3为什么适用于吹塑薄膜?

除了抗粘连性,碳酸钙还具有各种各样的性能,如:更高的机械性能和光学特性以及其他与节约成本相关的特定功能。

此外,它还能改变聚合物熔体的物理特性。与未填充的聚烯烃相比,CaCO3拥有更高的密度、热导率和更低的热容量,并能在挤出工艺中保持固体形态。因此,由此得出的主要特点是:

● 增加挤出机的产量

● 减少熔体压力和挤出机扭矩

● 提高效率并加快膜泡的冷却速度

● 熔体匀化作用

总之,在吹塑薄膜生产线里加入CaCO3是一个提高生产效率和产量的简单有效的方法。

2.吹塑薄膜时加入CaCO3的好处

(1)改善薄膜性能

在半结晶聚合物基体里加入精细的经过表面处理的CaCO3改善了吹塑薄膜的性能,如:

● 增加刚度

● 提高落锤耐冲击性能

● 防粘连效果

● 提高抗撕裂蔓延性(埃尔曼多夫)

● 改善阻隔性能

● 略微增加表面张力

● 未拉伸:提高薄膜密度

● 拉伸:降低密度,必要时还有渗透作用

上述聚合物性能的变化幅度在很大程度上取决于薄膜成分、薄膜厚度、矿物含量以及CaCO3类型。

CaCO3成功应用于吹塑薄膜的实例包括购物袋、背心袋、垃圾袋、纸状薄膜,农用薄膜、重型包装袋以及背板薄膜。

(2)降低配方成本

CaCO3的加入提高了薄膜密度,因此有必要降低薄膜厚度以保持恒定的薄膜重量,即所谓的向下计量。值得注意的是,这种增长与矿物含量不存在线性关系。例如:CaCO3含量为30%,薄膜厚度仅需减少20%即可保持薄膜的重量恒定。

(3)提高可持续性

整个工艺链还额外节省了能源。通过混合CaCO3粉末,超融合技术还提供了更高的可持续性。该工艺在挤出过程中节省了热能,因为这些矿物具有比聚合物显著更低的比热。从这一结果来看,该技术能够显著降低产品的碳排放量及其对环境的影响。

(4)直接加料的优势

CaCO3的直接加料能够大量节省原料成本,其节约成本的潜力可见图3,该图以约1100欧元/吨的聚合物价格为基础。


在吹塑薄膜里加入CaCO3同时保持薄膜重量不变带来的成本节约潜力(图片来源:莱芬豪舍)

橙色区域展示了使用母料带来的节约潜力,对应母料的价格是550-900欧元/吨。

绿色区域展示了利用Evolution超融合技术在直接挤压过程中直接加入CaCO3粉末带来的材料成本节约潜力。这项技术非常有利可图,尤其是填料水平要求非常高并且挤出生产线产量非常重要之时。

直接挤出解决方案的另一优势是有机会直接添加其它矿物,如TiO2,使成本节约效果更加显著。

此外,在某些向下计量不可行的情况下,CaCO3的直接挤出仍具备成本节约潜力以及通过矿物的加固作用改善机械性能的效果。

四、结语

Evolution超融合技术提供了将大量CaCO3粉末成功加入吹塑薄膜的机会。通过替换更昂贵的聚合物树脂,它还具有显著的成本节约潜力。CaCO3对薄膜性能的积极影响使薄膜向下计量成为可能。此外,它还能显著减少薄膜的碳排放量。

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