纳米碳酸钙在橡胶中的应用
2020-12-30 10:40:13
纳米级碳酸钙相对于普通微米级碳酸钙来说，具有小尺寸效应、表面效应、量子效应等特性，从而能够产生微米级碳酸钙不具备的优异性能。纳米级碳酸钙是纳米级粉体材料最早投入工业化生产的产品，应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、胶粘剂和密封材料、医药、食品、汽车、日用化工等行业，不仅具有填充作用，还具有半补强和补强作用。
目前国内外应用纳米碳酸钙的橡胶制品主要有：轮胎、胶鞋、胶管和胶带、电线电缆、胶辊等；还有橡胶密封制品、减振制品和医用及食品用橡胶制品等。对于橡胶来说，碳酸钙是仅次于碳黑、白碳黑的第三大补强填充剂，具有毒性小、价格低、补强效果好等特点。
一、碳酸钙的分类
根据加工方法，碳酸钙分为三大类：活性碳酸钙、重质碳酸钙和轻质碳酸钙。
种类
制备原料
制备方法
应用
活性碳酸钙
轻质碳酸钙、活性剂、偶联剂
表面处理
白色补强填充剂
重质碳酸钙
方解石、石灰石
干法或湿法
填充剂、着色剂、隔离剂、脱模剂
轻质碳酸钙
石灰石、水、二氧化碳
沉淀法
白色补强填充剂
表一碳酸钙的分类
二、碳酸钙在橡胶制品中的应用
1、轮胎
用于轮胎的碳酸钙主要是超细活性碳酸钙。与炭黑相比，由于超细活性碳酸钙粒子表面包覆有活性覆盖层，因此超细活性碳酸钙与橡胶的亲和性好，混炼时易分散，胶料生热低、扯断永久变形小、弹性好、具有一定的补强性，且价格较低，常用于替代半补强炭黑或部分替代其它炭黑用于农业轮胎和轻型载重轮胎帘布胶，载重轮胎内层胶，汽车轮胎内胎胶、垫带胶和白胎侧胶，尤其是力车轮胎（力车轮胎产品包括：自行车内外胎、手推车内外胎、摩托车内外胎、多用途车胎）内胎和外胎胶中，以降低产品成本、改善胶料工艺性能和某些物理性能。
图一 碳酸钙在轮胎中的应用
2、胶管和胶带
用于胶管和胶带的碳酸钙是轻质碳酸钙和超细活性碳酸钙，其作用一是降低产品成本；二是作为白色补强填充剂，有利于浅色产品的制备和调节胶料物理性能；三是改善胶料的分散性、粘性，有助于胶料与短纤维填料和骨架材料粘合。轻质碳酸钙和超细活性碳酸钙在胶管中一般用于短纤维补强胶管胶、液压胶管外层胶、普通胶管内层胶、吸引胶管外层胶、风水胶管外层胶及胶管擦布胶等；在胶带中广泛用于输送带、传动带和齿形同步带的擦布胶和覆盖胶。
图二 碳酸钙在胶管中的应用
3、胶鞋
胶鞋中应用的白色补强填充剂应具备的特性是：较高的白度，以适应不同的色彩要求；一定的补强作用和改善胶料加工性能；价格较低。碳酸钙，尤其是轻质碳酸钙和超细活性碳酸钙完全符合这些要求，因此碳酸钙在胶鞋中的应用十分广泛，常与炭黑、白炭黑、钛白粉、陶土和滑石粉并用作胶鞋各部位的补强填充剂。
图三 碳酸钙在胶鞋中的应用
4、电线电缆
碳酸钙一般与白炭黑、LEE白滑粉和陶土等并用作电线电缆，包括软硬电线电缆、阻燃电线电缆、高低压电线电缆、绝缘电线电缆和矿用电线电缆等的白色补强填充剂。在聚丙烯酸酯橡胶(ACM)、氯化聚乙烯(CM)等作主体材料的电线电缆中，碳酸钙除作补强填充剂外，还起稳定剂作用，即降低胶料酸性和吸收加工过程中产生的氯化氢气体，避免胶料出现硫化延迟和硫化返原现象。
图四 碳酸钙在电线中的应用
5、橡胶密封制品
在橡胶密封制品中，碳酸钙主要用于挤出(海绵)密封条，其作用是：作补强填充剂，改善胶料的挤出工艺性能，使挤出密封条表面光滑；作干燥剂，吸收胶料中的水分，保证胶料的发泡率和挤出收缩率。
图五 碳酸钙在橡胶密封制品中的应用
6、其它
由于碳酸钙补强的胶料具有强度高、自粘性和弹性好、无毒性、成本低的特点，因此常将碳酸钙与炭黑、白炭黑等并用作胶辊、胶布、橡胶水坝、胶囊制品、医用和食品用橡胶制品、海绵橡胶制品、减震橡胶制品等的补强填充剂。
随着人们生活水平的提高，橡胶制品的用途越来越广，色彩也越来越丰富，充分利用超细活性碳酸钙和轻质碳酸钙白度高和补强性较好的特点，扩展超细活性碳酸钙和轻质碳酸钙在艳色橡胶制品中的应用，也是扩大碳酸钙应用的有效途径。
碳酸钙，尤其是超细活性碳酸钙已成为性能较好、白度高和价格较低的橡胶通用补强填充剂，随着我国橡胶工业产品向品种齐全、用途广泛和色彩丰富方向发展，其应用将更加广泛。
参考文献：
1、高树峰，纳米碳酸钙在橡胶中的应用研究，青岛科技大学
2、周扬波，古菊，贾德民，纳米碳酸钙的表面改性及其在橡胶中的应用，华南理工大学
3、冀冰，郭万涛，吴医博，王兵，纳米碳酸钙在橡胶中的应用和研究进展，中国船舶重工集团公司第七二五研究所
4、王永昌，纳米碳酸钙在橡胶中的应用，西北橡胶有限责任公司
：谷雨