CN116396533A - 一种pvc线缆用超细碳酸钙填料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于矿物填料技术领域，公开了一种PVC线缆用超细碳酸钙填料及其制备方法和应用。该制备方法，包括以下步骤：将方解石原矿与水混合得到碳酸钙浆料，然后再与助磨剂、分散剂、轻质纳米碳酸钙浆料混合，研磨得到超细碳酸钙粉体；将超细碳酸钙粉体与复合改性剂混合，得到超细碳酸钙填料。本发明制备的超细碳酸钙填充在PVC线缆中可显著提升线缆的表面高光亮度和力学补强性能。
Description
技术领域
本发明涉及矿物填料技术领域，尤其涉及一种PVC线缆用超细碳酸钙填料及其制备方法和应用。
背景技术
碳酸钙填料是填充改性PVC线缆最常见的无机非金属粉体填料，其具有价格低廉、无毒无味、白度高、色泽好、热稳定性好等众多优良特性被广泛填充应用在PVC线缆中。表面光亮度高和力学性能是PVC线缆两个关键性能指标，这两个性能指标受填料粒径和分散性影响很大，超细碳酸钙因其具有特殊的表面效应和超细粒径使其与常规填料相比具有优异的补强性和增亮性。目前，超细碳酸钙按生产工艺分为两种：一种是化学合成的轻质纳米碳酸钙，其特点是粒径细(30～100纳米)、吸油值高、流动性和分散性差；另一种是物理法超细研磨的重质碳酸钙，其特点是粒径为1～2微米、吸油值低、流动性和分散性好，两者各有优缺点。
因此，提供一种可满足PVC线缆表面高光亮度和力学性能的碳酸钙填料，对于PVC线缆的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PVC线缆用超细碳酸钙填料及其制备方法和应用，解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将方解石原矿与水混合得到碳酸钙浆料，然后再与助磨剂、分散剂、轻质纳米碳酸钙浆料混合，研磨得到超细碳酸钙粉体；
(2)将超细碳酸钙粉体与复合改性剂混合，得到超细碳酸钙填料。
优选的，在上述一种PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法中，所述步骤(1)中碳酸钙浆料的固含量为70～80％。
优选的，在上述一种PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法中，所述步骤(1)中助磨剂为聚丙烯酸钠、木质素磺酸钙、聚丙烯酸铵中的一种或几种，所述助磨剂的质量为方解石原矿质量的4～6‰。
优选的，在上述一种PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法中，所述步骤(1)中分散剂为十二烷基磺酸钠、聚羧酸钠、聚羧酸铵中的一种或几种，所述分散剂的质量为方解石原矿质量的5～7‰。
优选的，在上述一种PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法中，所述步骤(1)中轻质纳米碳酸钙浆料的固含量为50～60％，所述轻质纳米碳酸钙浆料中轻质纳米碳酸钙的粒径为30～100nm，所述轻质纳米碳酸钙浆料中轻质纳米碳酸钙与方解石原矿的质量比为1：1～4。
优选的，在上述一种PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法中，所述步骤(2)中复合改性剂包括硬脂酸、月桂酸钠、硅烷偶联剂，所述硬脂酸、月桂酸钠、硅烷偶联剂的质量比为1：1：2～4，所述复合改性剂的质量为超细碳酸钙粉体质量的9～11‰。
本发明还提供了一种PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法制备得到的PVC线缆用超细碳酸钙填料。
本发明还提供了一种PVC线缆用超细碳酸钙填料在PVC线缆中的应用。
优选的，在上述的应用中，所述PVC线缆的制备方法包括以下步骤：
将超细碳酸钙填料、PVC树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色粉混合后，经双螺杆挤出造粒，再经单螺杆挤出得到PVC线缆。
优选的，在上述的应用中，所述超细碳酸钙填料、PVC树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色粉的质量比为40～60：90～120：40～60：2～9：0.5～2：1～3。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明制备的超细碳酸钙填充在PVC线缆中可显著提升线缆的表面高光亮度和力学补强性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的工艺流程图；
图2为实施例1中PVC线缆用超细碳酸钙填料放大5000倍的电镜照片。
具体实施方式
本发明提供了一种PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将方解石原矿与水混合得到碳酸钙浆料，然后再与助磨剂、分散剂、轻质纳米碳酸钙浆料混合，经研磨得到超细碳酸钙粉体；
(2)将超细碳酸钙粉体与复合改性剂混合，得到超细碳酸钙填料。
在本发明中，所述步骤(1)中碳酸钙浆料的制备过程为：将方解石原矿经粗破研磨得到粒径为600目的粉料，然后与水配制为碳酸钙浆料。
在本发明中，所述步骤(1)中碳酸钙浆料的固含量优选为70～80％，进一步优选为71.5～78.5％，更优选为73～77％。
在本发明中，所述步骤(1)中助磨剂优选为聚丙烯酸钠、木质素磺酸钙、聚丙烯酸铵中的一种或几种，进一步优选为聚丙烯酸钠、木质素磺酸钙中的一种或两种，更优选为聚丙烯酸钠；所述助磨剂的质量优选为方解石原矿质量的4～6‰，进一步优选为4.25～5.65‰，更优选为4.55～5.05％。
在本发明中，所述步骤(1)中分散剂优选为十二烷基磺酸钠、聚羧酸钠、聚羧酸铵中的一种或几种，进一步优选为十二烷基磺酸钠、聚羧酸钠中的一种或两种，更优选为十二烷基磺酸钠；所述分散剂的质量优选为方解石原矿质量的5～7‰，进一步优选为5.35～6.85‰，更优选为5.85～6.25‰。
在本发明中，所述步骤(1)中轻质纳米碳酸钙浆料的固含量优选为50～60％，进一步优选为51～57％，更优选为53.5～56.5％；所述轻质纳米碳酸钙浆料中轻质纳米碳酸钙的粒径优选为30～100nm，进一步优选为45～97nm，更优选为63～81nm；所述轻质纳米碳酸钙浆料中轻质纳米碳酸钙与方解石原矿的质量比优选为1：1～4，进一步优选为1：1.25～3.75，更优选为1：1.9～2.25。
在本发明中，所述步骤(1)中与助磨剂、分散剂、轻质纳米碳酸钙浆料混合的具体过程：先将碳酸钙浆料与助磨剂、分散剂混合，进行湿法超细研磨，在研磨过程中加入轻质纳米碳酸钙浆料，进行复合研磨；所述湿法超细研磨的条件：在70～90℃、2000～3000rpm下研磨1～3h，进一步优选为在72～85℃、2135～2845rpm下研磨1.5～2.3h，更优选为76～81.5℃、2255～2645rpm下研磨1.8～2.2h。
在本发明中，所述步骤(1)中恒温湿法研磨后还包括：干燥、解聚打散、收集。
在本发明中，所述步骤(2)中复合改性剂包括硬脂酸、月桂酸钠、硅烷偶联剂，所述硬脂酸、月桂酸钠、硅烷偶联剂的质量比优选为1：1：2～4，进一步优选为1：1：2.3～3.7，更优选为1：1：2.7～3.2；所述复合改性剂的质量优选为超细碳酸钙粉体质量的9～11‰，进一步9.35～10.65‰，更优选为9.8～10.2‰。
本发明还提供了一种PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法制备得到的PVC线缆用超细碳酸钙填料。
本发明还提供了一种PVC线缆用超细碳酸钙填料在PVC线缆中的应用。
在本发明中，所述PVC线缆的制备方法包括以下步骤：
将超细碳酸钙填料、PVC树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色粉混合后，经双螺杆挤出造粒，再经单螺杆挤出得到PVC线缆；
所述双螺杆挤出的条件：温度优选为140～190℃，进一步优选为155～186℃，更优选为166～173℃；长径比优选为48～52，进一步优选为49～51.5，更优选为49.5～50.5；螺杆转速优选为250～350rpm，进一步优选为265～345rpm，更优选为285～315rpm；
所述单螺杆挤出的条件：温度优选为160～190℃，进一步优选为165～186℃，更优选为170～176℃；长径比优选为28～30，进一步优选为28.5～29.5，更优选为28.9～29.3；螺杆转速优选为200～300rpm，进一步优选为212～285rpm，更优选为235～250rpm。
在本发明中，所述超细碳酸钙填料、PVC树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色粉的质量比优选为40～60：90～120：40～60：2～9：0.5～2：1～3，进一步优选为43～57：95～116：43～57：3.5～7.5：0.65～1.65：1.25～2.8，更优选为45～53：100～107：47～53：4～6：0.8～1.3：1.5～2.3。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)将纯度为96％的方解石原矿经粗破研磨得到粒径为600目的粉料，将粉料与水配制为固含量为70％的碳酸钙浆料，加入方解石原矿质量4‰的助磨剂和方解石原矿质量5‰的分散剂，进行湿法超细研磨，研磨的条件：在80℃、2500rpm下研磨2h，在研磨过程中加入固含量为50％的轻质纳米碳酸钙浆料，进行复合研磨，当粉体粒径达到0.5～1μm后，经干燥、解聚打散、收集，得到超细碳酸钙粉体；其中，助磨剂的组分：聚丙烯酸钠、木质素磺酸钙和聚丙烯酸铵，三者质量比为2：1：1，分散剂的组分：十二烷基磺酸钠、聚羧酸钠和聚羧酸铵，三者质量比为1：1：2，轻质纳米碳酸钙与方解石原矿质量比为1：2，轻质纳米碳酸钙的粒径为35nm；
(2)将超细碳酸钙粉体与超细碳酸钙粉体质量9‰的复合改性剂混合，进行表面改性，得到超细碳酸钙粉体；其中，复合改性剂的组分为：硬脂酸、月桂酸钠和硅烷偶联剂，三者之间质量比为1：1：2。
将超细碳酸钙填料、PVC树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色粉按质量比为50：100：45：5：1：2混合后，经双螺杆挤出造粒，再经单螺杆挤出得到PVC线缆；其中，双螺杆挤出的条件：温度为150℃，长径比为50，螺杆转速为300rpm；单螺杆挤出的条件：温度为175℃，长径比为29，螺杆转速为250rpm。
实施例2
(1)将纯度为96％的方解石原矿经粗破研磨得到粒径为600目的粉料，将粉料与水配制为固含量为75％的碳酸钙浆料，加入方解石原矿质量5‰的助磨剂和方解石原矿质量6‰的分散剂，进行湿法超细研磨，研磨的条件：在80℃、2500rpm下研磨2h，在研磨过程中加入固含量为55％的轻质纳米碳酸钙浆料，进行复合研磨，当粉体粒径达到0.5～1μm后，经干燥、解聚打散、收集，得到超细碳酸钙粉体；其中，助磨剂的组分：聚丙烯酸钠、木质素磺酸钙和聚丙烯酸铵，三者质量比为2：1：1，分散剂的组分：十二烷基磺酸钠、聚羧酸钠和聚羧酸铵，三者质量比为1：1：2，轻质纳米碳酸钙与方解石原矿质量比为1：3，轻质纳米碳酸钙的粒径为50nm；
(2)将超细碳酸钙粉体与超细碳酸钙粉体质量10‰的复合改性剂混合，进行表面改性，得到超细碳酸钙粉体；其中，复合改性剂的组分为：硬脂酸、月桂酸钠和硅烷偶联剂，三者之间质量比为1：1：2。
将超细碳酸钙填料、PVC树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色粉按质量比为50：100：45：5：1：2混合后，经双螺杆挤出造粒，再经单螺杆挤出得到PVC线缆；其中，双螺杆挤出的条件：温度为150℃，长径比为50，螺杆转速为300rpm；单螺杆挤出的条件：温度为175℃，长径比为29，螺杆转速为250rpm。
实施例3
(1)将纯度为96％的方解石原矿经粗破研磨得到粒径为600目的粉料，将粉料与水配制为固含量为80％的碳酸钙浆料，加入方解石原矿质量6‰的助磨剂和方解石原矿质量7‰的分散剂，进行湿法超细研磨，研磨的条件：在80℃、2500rpm下研磨2h，在研磨过程中加入固含量为60％的轻质纳米碳酸钙浆料，进行复合研磨，当粉体粒径达到0.5～1μm后，经干燥、解聚打散、收集，得到超细碳酸钙粉体；其中，助磨剂的组分：聚丙烯酸钠、木质素磺酸钙和聚丙烯酸铵，三者质量比为2：1：1，分散剂的组分：十二烷基磺酸钠、聚羧酸钠和聚羧酸铵，三者质量比为1：1：2，轻质纳米碳酸钙与方解石原矿质量比为1：4，轻质纳米碳酸钙的粒径为70nm；
(2)将超细碳酸钙粉体与超细碳酸钙粉体质量11‰的复合改性剂混合，进行表面改性，得到超细碳酸钙粉体；其中，复合改性剂的组分为：硬脂酸、月桂酸钠和硅烷偶联剂，三者之间质量比为1：1：2。
将超细碳酸钙填料、PVC树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色粉按质量比为50：100：45：5：1：2混合后，经双螺杆挤出造粒，再经单螺杆挤出得到PVC线缆；其中，双螺杆挤出的条件：温度为150℃，长径比为50，螺杆转速为300rpm；单螺杆挤出的条件：温度为175℃，长径比为29，螺杆转速为250rpm。
对比例1
将粒径为35nm的轻质纳米碳酸钙、PVC树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色粉按质量比为50：100：45：5：1：2混合后，经双螺杆挤出造粒，再经单螺杆挤出得到PVC线缆；其中，双螺杆挤出的条件：温度为150℃，长径比为50，螺杆转速为300rpm；单螺杆挤出的条件：温度为175℃，长径比为29，螺杆转速为250rpm。
对比例2
将粒径为2μm的超细重质碳酸钙、PVC树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色粉按质量比为50：100：45：5：1：2混合后，经双螺杆挤出造粒，再经单螺杆挤出得到PVC线缆；其中，双螺杆挤出的条件：温度为150℃，长径比为50，螺杆转速为300rpm；单螺杆挤出的条件：温度为175℃，长径比为29，螺杆转速为250rpm。
在上述实施例及对比例中，轻质纳米碳酸钙的型号为CCR-1，厂家为江西三和纳米活性钙有限公司；增塑剂的型号为DOTP，厂家为上海文华化工颜料有限公司；稳定剂的型号为HL-45，厂家为石家庄聚源丰化工有限公司，润滑剂的型号为SA1801，厂家为南昌明瑞化工有限公司；色粉的型号为TC-SF01，厂家为东莞市泰昌树脂材料有限公司；聚羧酸钠的型号为DY-YL-330，厂家为日本圣诺普科；聚羧酸铵的型号为SN-5027，厂家为日本圣诺普科。
对实施例及对比例中制得的PVC线缆进行性能测试，结果如表1所示。PVC线缆性能的测试参照国标进行检测，包括拉伸强度、断裂伸长率、表面光亮度、比重等物理性能，拉伸强度和断裂伸长率性能测试：按GB/T1040-2018测试；比重测试：按GB/T1033.1-2008测试；光泽度测试：多角度光泽度仪测试，选用60°角。
表1实施例及对比例PVC线缆性能测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将方解石原矿与水混合得到碳酸钙浆料，然后再与助磨剂、分散剂、轻质纳米碳酸钙浆料混合，研磨得到超细碳酸钙粉体；
(2)将超细碳酸钙粉体与复合改性剂混合，得到超细碳酸钙填料。
2.根据权利要求1所述的PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中碳酸钙浆料的固含量为70～80％。
3.根据权利要求1或2所述的PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中助磨剂为聚丙烯酸钠、木质素磺酸钙、聚丙烯酸铵中的一种或几种，所述助磨剂的质量为方解石原矿质量的4～6‰。
4.根据权利要求3所述的PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中分散剂为十二烷基磺酸钠、聚羧酸钠、聚羧酸铵中的一种或几种，所述分散剂的质量为方解石原矿质量的5～7‰。
5.根据权利要求4所述的PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中轻质纳米碳酸钙浆料的固含量为50～60％，所述轻质纳米碳酸钙浆料中轻质纳米碳酸钙的粒径为30～100nm，所述轻质纳米碳酸钙浆料中轻质纳米碳酸钙与方解石原矿的质量比为1：1～4。
6.根据权利要求4或5所述的PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中复合改性剂包括硬脂酸、月桂酸钠、硅烷偶联剂，所述硬脂酸、月桂酸钠、硅烷偶联剂的质量比为1：1：2～4，所述复合改性剂的质量为超细碳酸钙粉体质量的9～11‰。
7.权利要求1～6任一项所述的PVC线缆用超细碳酸钙填料的制备方法制备得到的PVC线缆用超细碳酸钙填料。
8.权利要求7所述的PVC线缆用超细碳酸钙填料在PVC线缆中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述PVC线缆的制备方法包括以下步骤：
将超细碳酸钙填料、PVC树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色粉混合后，经双螺杆挤出造粒，再经单螺杆挤出得到PVC线缆。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述超细碳酸钙填料、PVC树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色粉的质量比为40～60：90～120：40～60：2～9：0.5～2：1～3。
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