納米碳酸鈣（粒徑1-100nm）是一種功能性無機填料，廣泛應用于塑料、橡膠、油墨、涂料、造紙、膠粘劑、密封膠等領(lǐng)域。在密封膠行業(yè)，納米碳酸鈣是常見的增稠補強填料，不僅具有普通碳酸鈣的性能，更具有超細、超純、分散性好和表面改性的特點，可提高材料的補強性能、拉伸性能及抗老化性能。
今天，粉體技術(shù)網(wǎng)就來跟大家分享一下，納米碳酸鈣晶型、形貌、粒徑、比表面積、吸油值、黏度、振實密度等各項性能指標的作用及相互間的關(guān)系，并總結(jié)其對硅酮密封膠性能的影響。
一、納米碳酸鈣各項檢測指標的作用及相互間的關(guān)系
1、晶型、形貌和粒徑
國內(nèi)大部分碳酸鈣廠家的產(chǎn)品介紹資料中，都描述其產(chǎn)品為立方體，實則不然。筆者選取了國內(nèi)外多家碳酸鈣廠家的不同型號的碳酸鈣產(chǎn)品，并通過電鏡觀察發(fā)現(xiàn)其晶體形貌與產(chǎn)品說明書有很大的不同（圖1-圖4），較為規(guī)整的以柱面體居多，不規(guī)整的大多是輕鈣的紡錘體結(jié)構(gòu)。當然，國內(nèi)也有一兩家晶體做的規(guī)整的產(chǎn)品，有菱形的，有立方體的。
從上述電鏡照片上不僅可以看出晶體的形貌，還能看出粒徑的大小和分布。晶型、粒徑與BET比表面積的關(guān)系可以簡單描述為：同一種晶體形狀，粒徑越小，BET表面坑坑洼洼，則比表面積也會高。
2、吸油值、黏度、稠度、振實密度
選取國內(nèi)市場上幾種常見的碳酸鈣粉體，測試其比表面積、吸油值、黏度、振實密度等基本性能，詳細測試結(jié)果列于表1。
很多硅酮膠生產(chǎn)企業(yè)非常注重納米碳酸鈣產(chǎn)品的吸油值。吸油值的測試方法為：稱取一定量的納米碳酸鈣試樣，用滴定管滴加鄰苯二甲酸二辛酯（DOP），同時用調(diào)刀不斷進行翻動研磨，起初試樣呈分散狀，后逐漸成團直至全部被DOP所潤濕，最后再計算DOP的消耗量，以每100g納米碳酸鈣吸收的DOP的量為吸油值。整個過程在15~20min間完成，以形成一整團為終點。
吸油值受很多條件的影響，如晶體的形狀和規(guī)整度等。有些專家提出粒徑越細，吸油值越高，這種說法較為片面，其成立的前提是相同晶型、同等規(guī)整、且改性劑相同。吸油值的高低更能反映的是晶體形狀和規(guī)整程度，晶體越接近立方體，表面越規(guī)整，吸油值越低。
黏度的測試方法通常是用一定量及一定黏度的107膠與一定量的納米碳酸鈣高速分散，然后放置一定的時間后用博利飛黏度計檢測。與吸油值的測試方法相比，黏度檢測方法更接近應用實況。黏度與晶體的表面能有關(guān)，即與粒子的大小、表面處理方式有關(guān)。黏度越高，則加工性能越差。
稠度的檢測方法很簡單，但同時誤差也是最大的。稠度在一定程度上不一定能真實的反應碳酸鈣產(chǎn)品的性能，如要測試產(chǎn)品的加工性能，檢測擠出性更直接。
振實密度反映了碳酸鈣粉體的堆積狀態(tài)，也與粒子形狀及大小有關(guān)系。有人認為納米鈣堆積密度越小，粉體很蓬松、體積大更好，實際上振實密度小不代表真實密度小。粒子形狀越規(guī)整，越接近于球形、立方體、粒徑分布越集中的產(chǎn)品，振實密度越大，但不代表做出的密封膠體積就小?？雌饋砗芘钏傻姆垠w只代表了其含氣量高，而且這種粉體的吸油值絕對不會低。
真實密度是晶體的密度，膠的密度只跟晶體的密度（與晶體的形狀有關(guān)系）與晶體的粒徑有關(guān)系。
3、其他指標
其他指標，水分、pH值等應越低越好，因為羥基會影響硅酮膠的儲存穩(wěn)定性和稠度；產(chǎn)品的白度越高越好，制得的硅酮膠亮度高。當然，硅酮膠的亮度高不完全是由白度決定的，與納米鈣產(chǎn)品的加工性能、色相也有較大關(guān)系。
二、碳酸鈣在硅酮膠中的應用
1、肟型膠實驗一（含膠量約17%）
基料：先在捏合機內(nèi)加107膠595g、硅油35g；升溫攪拌30min，加入宇信601納米鈣700g，重鈣175g，再加入樣品粉（3種，分別為南部某企業(yè)、宇信納米鈣600、宇信活性鈣503）1575g，升溫至100℃；抽真空至-0.08MPa以下，攪拌3h后放空；加入白油420g，攪拌30min；出料，冷卻至室溫，檢測黏度、稠度。
制膠：在制膠機中加入基料1000g，加入甲三丁42g、乙三丁5g，抽真空攪拌25min；再加入穩(wěn)定劑（催化劑）0.7g、偶聯(lián)劑KH-550、KH-560各2.0g，抽真空攪拌25min；擠出，灌入膠筒。
按照標準GB/T13477《建筑密封材料試驗方法》測試密封膠的性能，詳細結(jié)果見表2。
2、肟型膠實驗二（含膠量約40%）
基料：先在捏合機內(nèi)加入107膠1500g、硅油67g；升溫攪拌30min，再加入樣品粉1791g（共6種，分別是宇信603A、宇信603B、宇信603C、東部某企業(yè)、北方某企業(yè)、西部某企業(yè)），升溫至100℃；抽真空至-0.08MPa以下，攪拌3h后放空；加入白油224g，攪拌30min；出料，冷卻至室溫，檢測黏度、稠度。
制膠：在制膠機中加入基料1000g，加入甲三丁50g、乙三丁5g；抽真空攪拌25min，再加穩(wěn)定劑（催化劑）0.6g、偶聯(lián)劑KH-550、KH-560各2.0g，抽真空攪拌25min；擠出，灌入膠筒。
按照標準GB/T13477《建筑密封材料試驗方法》測試密封膠的性能，詳細結(jié)果見表3。
三、結(jié)果與討論
從表2、表3中可以看出（比較是在同一配方前提下，只做粉體單項對比）：
1）碳酸鈣的吸油值與密封膠的稀稠度?；钚遭}的吸油值很高，但其基料稠度與膠的稠度都明顯較稀，而且擠出性明顯優(yōu)于納米鈣。因此，單看吸油值的高低，不能證明粉體對膠的稀稠度的影響。此外，活性鈣的密度明顯較高，用其制備的密封膠拉伸強度和伸長率較差。
2）基料的黏度與產(chǎn)品的擠出性能與碳酸鈣吸油值關(guān)聯(lián)性不大，主要與比表面積、晶型及改性劑有關(guān)?；谄渌椊咏脑瓌t下，比表面積越高，則基料越稠、產(chǎn)品的擠出性能越差；晶體形狀越完整、粒徑分布越集中，則基料的黏度變化越小，產(chǎn)品的觸變性越好，擠出性越好。改性劑的選擇很重要，表面處理的好壞直接關(guān)系到基料的黏度和產(chǎn)品的擠出性能：脂肪酸復配處理的產(chǎn)品比單一用十八酸處理的產(chǎn)品稠度稀，用偶聯(lián)劑與脂肪酸復合改性的產(chǎn)品擠出性明顯較好。
3）硅酮膠的密度與碳酸鈣的振實密度及堆積密度關(guān)聯(lián)不大，主要與晶體密度及粒徑有關(guān)。晶體密度越低、粒徑越小的碳酸鈣制得的硅酮膠密度越小。
4）硅酮膠的拉伸強度主要決定于碳酸鈣的比表面積和晶體形狀。即，在同樣的晶型下，比表面積越高的碳酸鈣制得的密封膠拉伸強度越高；在同樣比表面積的前提下，立方體晶型的碳酸鈣制得的密封膠拉伸強度較高。
5）硅酮膠的伸長率與碳酸鈣比表面積、晶體形狀，改性劑種類有關(guān)。相同晶型時，比表面積越低的碳酸鈣制得的密封膠伸長率越高；用不同鏈長的脂肪酸復合改性比單一脂肪酸改性的產(chǎn)品制得的密封膠伸長率高；用脂肪酸和偶聯(lián)劑協(xié)同改性的產(chǎn)品制得的密封膠產(chǎn)品綜合性能最優(yōu)，不僅拉伸強度不受影響，而且伸長率高。
6）硅酮膠的粘結(jié)性能與納米鈣的晶型及表面處理有關(guān)系。晶體越規(guī)整、粒徑分布越集中的產(chǎn)品制得的密封膠粘結(jié)性能越好。表面處理越好的產(chǎn)品制得的密封膠粘結(jié)性能越好，偶聯(lián)劑與脂肪酸復合處理的產(chǎn)品粘結(jié)性能更好。
7）硅酮膠浸水后的粘結(jié)性能、拉伸強度與納米鈣產(chǎn)品的晶型及表面處理有關(guān)系。晶體越規(guī)整、粒徑分布越集中的產(chǎn)品制得的密封膠浸水后的性能越好。表面處理的助劑與改性條件對浸水后的性能影響最大，不僅要選擇合適的改性劑，還要在合適的表面處理條件下改性，這樣表面改性的效果越好，制得的密封膠浸水后的性能越好。
來源：納米碳酸鈣在硅酮膠中的應用解析，作者：杜年軍
編輯整理：中國粉體技術(shù)網(wǎng)
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