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荊門市磊鑫石膏制品有限公司
PVC主要成分為聚氯乙烯，色澤鮮艷、耐腐蝕、牢固耐用。它是當今世上深受喜愛、頗為流行并且也被廣泛應用的一種合成材料。PVC 是應用最廣泛的熱塑性樹脂，可以制造強度和硬度很大的硬質(zhì)制品如管材和管件、門窗和包裝片材，也可以加入增塑劑制造非常柔軟的制品如薄膜、片材、電線電纜、地板、合成革、涂層和其它消費性產(chǎn)品。
但是任何產(chǎn)品都不可能是完美無缺的，在PVC制品（或材料）成型加工過程中，有相當一部分產(chǎn)品要使用粉體填料已是不爭的事實。一方面合理恰當?shù)氖褂孟鄬α畠r的粉體填料可實現(xiàn)增量，降低原材料成本的目的；另一方面也是目前備受關注的就是按人么的愿望改善某些方面的物理化學性能或賦予其新的功能，從而使粉體填料從單純的增量劑變?yōu)楦男詣┖凸δ軇?/span>[1]。
無水硫酸鈣為硫酸鹽，比一般的活性鈣具有更獨特的耐腐蝕性能。同時無水硫酸鈣能夠改善高聚物的機械強度、耐熱性及尺寸穩(wěn)定性等。因而，在填料市場具有突出的競爭優(yōu)勢[2]。有相當一部分研究證明無水硫酸鈣應用在PVC中是可行的。
1．無水硫酸鈣簡介
硫酸鈣俗稱石膏，無水硫酸鈣分子式為CaSO4，主要有兩種形成方式：一種是天然形成的硬石膏（主要成分為CaSO4）；另一種為以二水硫酸鈣為原料煅燒制得。
2．無水硫酸鈣同其它粉體填料的性能差異
我國硫酸鈣（石膏）礦的儲量豐富，位居世界各國儲量的前列。作為無機非金屬填料的一種，硫酸鈣也有著廣泛的應用。填料性能的好壞往往取決于填料本身的性質(zhì)，下表是幾種常見填料（碳酸鈣、滑石粉、鈦白粉）同硫酸鈣的對比[3]：
硫酸鈣（無水） | 碳酸鈣 | 滑石 | 二氧化鈦（銳鈦型） | |
主要成分 | CaSO4 | CaCO3 | Mg3Si4O10(OH)2 | TiO2 |
密度g/cm3 | 2.3-3 | 2.7-2.9 | 2.7-2.85 | 3.87 |
熔點 ℃ | 1450 | 1339 | —— | 1825 |
熱導率W/Km | 0.16 | 2.4-3 | 0.02 | 0.065 |
水分% | …… | …… | …… | …… |
莫氏硬度 | 2-3 | 3-4 | 1-1.5 | 5-6 |
化學性質(zhì) | 耐酸堿 | 與酸反應 | 與酸反應 | 與酸堿反應 |
折光指數(shù) | …… | …… | …… | …… |
白度 | 80-98 | 80-98 | 70-94 | 90-99 |
亮度 | —— | 82-94 | 78-93 | 99-100 |
顏色 | 白、灰白 | 白色、灰色 | 白色 | 白色、暗黃色 |
介電常數(shù) | 2.5 | 6.1 | 7.5 | 48 |
形態(tài) | 纖維、塊狀 | 不規(guī)則 | 扁平 | 針狀、球狀 |
吸油量g/100g | …… | …… | …… | …… |
水懸浮液pH | 7.0-10.4 | 9-9.5 | 8.7-10.6 | 3.5-10.5 |
3．無水硫酸鈣在PVC中的應用
無水硫酸鈣在PVC中的應用主要有以下兩種：
3.1作為填充料添加到PVC材料中
由于硫酸鈣硬度（莫氏硬度2-3）比碳酸鈣硬度（莫氏硬度3-4）低，因而對加工機械的磨損少，如添加于發(fā)泡PVC中和硬質(zhì)PVC中，擠壓時比用碳酸鈣填料更加順暢.此外，使用硫酸鈣填料可以得到均勻的發(fā)泡晶粒[4]。
……
同時，無水硫酸鈣粉體作為填料除了可以降低成本外還可以改善制品的硬度、彈性模量、尺寸穩(wěn)定性和熱變形溫度等[2]。
3.2制備色母粒時部分替代鈦白粉
色母粒一般由三部分組成，即著色劑、載體、分散劑，通過高速混煉機混煉后、破碎，擠出拉成粒。色母粒在PVC加工過程中具有濃度高、分散性好、清潔等顯著的 優(yōu)點。
……
由于硫酸鈣具有很高的白度（能達到98，接近鈦白粉），良好的油分散性、優(yōu)異的耐候性以及均勻的粒度分布等，……
4．無水硫酸鈣粉體填料應用到PVC制品中的影響因素
對于同一種無水硫酸鈣填料，影響其填充效果的因素有很多，其中主要的因素有填料的純度、粒徑大小以、粒徑分布以及填料的表面性質(zhì)等。
4.1無水硫酸鈣粉體填料純度的影響
填料的純度對填充或替代的效果影響至關重要，因為在選擇某種填料時都是因為填料本身所具有的特殊性質(zhì)。若是填料中雜質(zhì)越多，則往往達不到人們對填料所預期的效果。由于生產(chǎn)技術的發(fā)展，硫酸鈣晶須的應用也越來越得到人們的青睞，但是硫酸鈣晶須目前多采用工業(yè)石膏制得，一般的硫酸鈣晶須中往往會含有較多的F及Pb等有害物質(zhì)。
4.2無水硫酸鈣粉體填料粒徑的影響
從理論上講無水硫酸鈣粉體填料與PVC基體材料的重量比一定時，填料的粒徑越小，填充PVC材料的力學性能越好，但這要以硫酸鈣填料在PVC基體中均勻分散且硫酸鈣填料顆粒與PVC高分子材料之間有良好的界面為前提。另一方面，無水硫酸鈣填料顆粒越細，由于物質(zhì)表面性質(zhì)所決定就越容易凝聚在一起，如果在PVC基體中不能分散開來，而是以凝聚體（團粒）存在，那將成為填充材料中最致命的環(huán)節(jié)，成為引起PVC材料破壞致命的缺陷，還不如直接使用和團粒尺寸同樣大小的粗顆粒填料。
硫酸鈣晶須具有良好的長徑比（30-80），添加到塑料制品中會有更優(yōu)異的性能，但是無水硫酸鈣晶須價格要比無水硫酸鈣粉體填料貴很多。
4.3無水硫酸鈣粉體填料粒度分布的影響
……
4.4無水硫酸鈣粉體填料表面改性的影響
對粉體填料……在PVC制品中使用硫酸鈣粉體填料，是否需要對硫酸鈣粉體填料進行表面改性還需要具體問題具體對待[1]。
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5．小結(jié)
無水硫酸鈣填料純度高、白度好、耐熱性、耐酸堿性、可塑性、介電性、分散性和流動性均優(yōu)異，可替代碳酸鈣、二氧化硅、粘土、硫酸鋇等用作PVC的填料，以達到增量補強的目的。同時，在替代鈦白粉作為白色顏料方面的功能也在逐漸被人們認識。研究硫酸鈣粉體填料的應用，對改進填充材料配方設計、完善填充工藝具有重要的指導意義和經(jīng)濟效益。在國內(nèi)，對硫酸鈣填料的應用研究還處于初級階段，還需要許多人的共同努力。
參考文獻：
[1] 劉英俊.粉體填料在塑料中的應用現(xiàn)狀及面臨問題[J] .塑料加工,2002,35(1).
[2] 李宏武,潘靜懿,盧尚琨,張蓓蓓,溫德力,徐衛(wèi)兵.硬石膏的改性及其在塑料中的應用[J].中國粉體技術,2008,14.
[3] 程斌,于運花,黃玉強.填料手冊第二版[M] .中國石化出版社,2003.
[4] 蘇威.硫酸鈣填料[J] .化工工業(yè),1986,(5):74-76.
[5] 楊森.聚合物/硬石膏復合材料性能研究[D] .合肥工業(yè)大學,2007.
