Оптимизированный процесс производства карбоната кальция для использования в пластмассах

Введение

Пластиковая промышленность всё чаще использует функциональные наполнители для улучшения свойств материалов, снижения затрат и повышения устойчивости к внешним воздействиям. Среди этих наполнителей комплексный карбонат кальция (CaCO₃) выделяется своим универсальным применением, доступностью и экономической выгодой. Однако эффективность использования карбоната кальция в пластике во многом зависит от размера его частиц, способов обработки поверхности и степени рассеяния в полимерной матрице. В данной статье рассматривается оптимизированный процесс производства высокопроизводительного комплексного карбоната кальция, адаптированного для использования в пластике; особое внимание уделено ключевым этапам – от выбора сырья до модификации поверхности и окончательной интеграции наполнителя в пластиковый материал.

Выбор сырья и его предварительная обработка

Путь начинается с выбора высокочистого известняка или мрамора, содержание карбоната кальция (CaCO₃) в котором обычно превышает 98%. На первом этапе обработки крупные куски известняка из карьеров дробятся до удобных для дальнейшей работы размеров. Для этой цели используются мощные первичные дробилки, такие как щековые дробилки, которые позволяют снизить размер частиц до 50 мм.

Дальнейшее вторичное дробление крайне важно для подготовки сырья к тонкому измельчению.Мельница с молотомЭтот материал оказывается особенно эффективным в данном случае: он способен обрабатывать входные данные размером от 0 до 40 мм и обеспечивать выходные данные размером от 0 до 3 мм с высокой стабильностью. Предварительно измельченный материал идеально подходит для последующих процессов тонкого и ультратонкого измельчения, обеспечивая максимальную эффективность и снижая износ более точного измельчающего оборудования.

Сердце процесса: Тонкоя и сверхтонкая мельничная обработка

Этот этап крайне важен, поскольку конечный размер и распределение частиц напрямую влияют на механические свойства композитных материалов, их поверхностное покрытие и оптические характеристики. Для пластиков обычно предпочтительна тонкость материала в диапазоне от 400 сит (38 мкм) до 2500 сит (5 мкм).

Для общих целей использования в качестве наполнителя (размер частиц 600–45 мкм)

Когда при разработке приложения требуется соблюдение баланса между затратами и производительностью, как это характерно для многих видов профилей из жесткого ПВХ или полиолефиновых пленок,Мельница серии MTW с трапециевидным резцомЭто весьма выдающийся выбор. Благодаря своему передовому дизайну, включающему оптимизированный дувной канал дуговой формы и интегрированную передачу зубчатых колес, оборудование обеспечивает высокую эффективность измельчения при низком энергопотреблении. Диапазон производительности составляет от 30 до 325 мешей (размер зерен от 600 до 45 мкм), а мощность — от 3 до 45 тонн в час, что обеспечивает значительную гибкость для использования в крупномасштабных производственных линиях. Конструкция лопатки с антиизносными свойствами значительно снижает затраты на техническое обслуживание, делая это устройство экономически выгодным решением для производства качественного измельченного карбоната кальция (GCC).

Для применений в области высокой производительности и производства мастербатчей (размер частиц 45–5 мкм)

Для требовательных приложений, в которых крайне важны ультратонкие частицы — таких как мастербатчи с высокими характеристиками, тонкие пленки, требующие исключительной прозрачности, или полимеры инженерного назначения, где превосходное распределение компонентов является обязательным условием —Мельница SCM Ultrafine MillЭтот завод является эталоном в своей отрасли. Он превосходно справляется с производством порошков с размером зерен от 325 до 2500 меш (45–5 мкм, D97). Его технологические преимущества имеют революционное значение:

• Высокая эффективность и энергосбережение:Его производственная мощность в два раза превышает мощность jetsmill, при этом потребление энергии снижено на 30%. Интеллектуальная система управления обеспечивает автоматическую сверку качества полученной массы по степени её однородности.
• Высокоточная классификация:Вертикальный турбинный сортировочный аппарат обеспечивает точное разделение частиц по размеру, устраняет примеси грубого порошка и позволяет получить исключительно однородный продукт.
• Прочный дизайн:Специально закаленные ролики и шлифовальные кольца обеспечивают срок службы, в несколько раз превышающий срок службы обычных деталей. Инновационный винт без подшипников в шлифовальной камере гарантирует стабильную работу устройства.

Модели, такие как SCM1250, обеспечивающие производственную мощность от 2,5 до 14 тонн в час, и SCM1680, способные обрабатывать до 25 тонн в час, позволяют плавно переходить от пилотных проектов к крупномасштабному промышленному производству, при этом сохраняя низкий уровень шума (≤75 дБ) и высокие экологические стандарты.

Модификация поверхности: ключ к совместимости

Только термическая обработка недостаточна для получения качественного продукта. Частицы карбоната кальция в неизменном состоянии обладают гидрофильными свойствами, которые несовместимы с гидрофобными полимерными матрицами. Это приводит к плохой дисперсии частиц, их агломерации и, в конечном итоге, к снижению механических свойств материала. Поэтому модификация поверхности частиц карбоната кальция является неотъемлемым этапом при создании его “композитных” форм.

Процесс обычно включает добавление сухого порошка CaCO₃ в смесь вместе с веществами для обработки поверхности (например, стеариновой кислотой или титанатными сопрягающими агентами) в высокоскоростной смеситель или специализированное устройство для модификации материала. При контролируемой температуре и сильных сдвиговых силах эти вещества покрывают каждую частицу порошка, меняя ее поверхность с гидрофильной на горигидрофильную. Это значительно улучшает сцепление между наполнителем и полимером, что приводит к повышению качества получаемого продукта.

• Улучшенное рассеивание частиц и снижение вязкости полимерного расплава.
• Улучшены показатели прочности на удар, модуля прочности при растяжении и свойства композита при изгибе.
• Более высокие показатели загружки наполнителей без ухудшения качества материала.

Контроль качества и интеграция в производство пластиковых изделий

На протяжении всего процесса соблюдается строгий контроль качества. Ключевые параметры, подлежащие проверке, включают распределение размеров частиц (с использованием лазерной дифракции), удельную площадь поверхности (метод BET), значение поглощения масла и степень активации поверхности.

Готовый комплексный продукт – карбонат кальция – теперь готов к использованию. Его могут непосредственно смешивать с гранулами полимера для экструзии или литья под давлением, или, что чаще встречается, сначала готовить из него мастербатч – высококонцентрированную смесь наполнителя и полимера, которую затем разбавляют в конечном продукте в процессе его производства. Такой подход к использованию мастербатча обеспечивает наиболее равномерное распределение компонентов и упрощает обработку для производителей пластмасс.

Заключение

Производство высококачественного сложного карбоната кальция для пластмасс представляет собой сложный, многостадийный процесс. Он начинается с тщательного отбора сырья и эффективного предварительного измельчения, после чего следует точное помоление с использованием современных мельниц, таких как серия MTW для обычных наполнителей или мельница SCM Ultrafine для высококлассных применений. Критически важный этап – модификация поверхности порошка – превращает неорганический порошок в органофильный наполнитель, раскрывая его полный потенциал в полимерной матрице. Оптимизация каждого этапа процесса позволяет производителям создавать наполнители, которые не только снижают затраты на материалы, но и значительно улучшают характеристики, экологичность и качество готовых пластмассовых изделий.