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纳米碳酸钙K-A800
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纳米碳酸钙K-A800在亮黑硅酮密封胶中的应用
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中性硅酮密封胶是以聚二甲基硅氧烷为主要原料，辅以交联剂、填料、增塑剂、偶联剂、催化剂、色浆等在真空状态下混合而成的膏状物，有多种颜色，常用的颜色有黑色、瓷白、透明、银灰、灰、古铜等。其中，颜色鲜艳、外观闪亮的亮黑色胶和闪银色胶在不锈钢门窗等领域备受客户亲睐。中性亮黑硅酮密封胶的填料体系目前主要有3种：一是采用气相二氧化硅加炭黑色浆；二是直接采用纯炭黑；三是在上述两种配方体系中添加一定比例的纳米碳酸钙以降低生产成本。在此，将最新研发的、目前市场上粒径最小的纳米碳酸钙K-A800与气相二氧化硅进行对比，探讨了在中性亮黑硅酮密封胶应用领域纳米碳酸钙替代气相二氧化硅的可行性与经济性。 气相二氧化硅是亮黑硅酮密封胶最常用的一种填料，其补强作用受粒径、比表面积和结构的影响，一般是粒径越小，比表面积越大，结构越规整，补强效果越好，所制得的密封胶的强度和硬度越高。目前市面上常见的气相二氧化硅用于中性亮黑硅酮密封胶存在的最主要的问题是分散困难，同时价格昂贵。
粒径在5～20 nm之间的纳米碳酸钙，对硅酮密封胶的补强效果与气相二氧化硅相当，可以部分或大部分替代价格昂贵的碳黑和气相二氧化硅。但是，目前国内的纳米碳酸钙质量参差不齐，尤其是在晶体生长控制技术方面，真正能实现晶体规整化预期生长的产品更是凤毛麟角。常规的纳米碳酸钙产品由于晶体形态和粒径的限制，会显著降低色浆的使用效果，无法应用在中性亮黑硅酮密封胶中。
纳米碳酸钙K-A800是一种高端纳米碳酸钙产品，立方体晶型，平均一次粒径为15~20 nm，比表面积为（100±5） m2/g，具有晶体规整、粒径小且分布均匀、比表面积高、分散性好等优点，为目前市场上粒径最小的纳米碳酸钙。纳米碳酸钙K-A800的晶体特性见表1，产品主要性能指标见表2。
表1 晶体特性
表2 产品主要性能指标 纳米碳酸钙K-A800采用偶联剂及其他高分子材料进行表面复合处理，可同时满足补强性、配伍性、加工性3方面的要求，用于中性亮黑硅酮密封胶中，具有高强度、高回弹、低密度、光亮度好等特点，可替代高比表面积的增强剂如炭黑、气相二氧化硅等。
对市场上不同种类的纳米碳酸钙与纳米碳酸钙K-A800进行扫描电镜分析对比，结果见图1—2。可以看出，纳米碳酸钙K-A800异于普通纳米碳酸钙，尺寸为十几纳米的粒子相互结合在一起，形成了类似于炭黑的三维空间聚集体结构，且这种结构牢度适中，处于高结构炭黑与低结构炭黑之间，既满足了高补强、高分散的需求，同时又具有更高的着色力和光泽度。因此，相比气相二氧化硅，纳米碳酸钙KA-800在硅酮密封胶体系中更易润湿和分散。 图1 K-A800（左）、日本白石产品（右） 电镜照片
图2 市购较好产品（左）、一般产品 （右）电镜照片
根据粉体的不同性质，设计了3种不同的应用配方，以考察纳米碳酸钙K-A800和常规纳米碳酸钙在亮黑硅酮密封胶中替代气相二氧化硅的可行性。其中，基料的配方见表3，硅酮密封胶的配方见表4，性能检测结果见表5。
表3 基料的配方
表4 黑亮硅酮密封胶的配方
表5 性能检测结果 可以看出，配方二及配方三用纳米碳酸钙与黑色浆混合制备亮黑硅酮密封胶，成品胶拉伸强度有所提高。分析原因，应该是纳米碳酸钙有更低的吸油值，为了调整胶的稠度及挤出性，纳米碳酸钙的用量要比气相二氧化硅大。但市购纳米碳酸钙影响了亮黑硅酮密封胶的亮度，使其表面不够光亮，无法单独充当填料使用。采用气相二氧化硅作为填料时，由于加工困难，加入的填料用量受限，成品胶的触变性较差，且对铝材粘结效果不好。而纳米碳酸钙K-A800由于具有与炭黑类似的结构，且经过复合表面处理剂改性处理，在亮黑硅酮密封胶体系中具有良好的相容性和分散性，试验过程中体现出来的吃粉速度明显比气相二氧化硅快很多，加工性得到了显著改善。此外，纳米碳酸钙K-A800的粒径在20 nm以下，遮盖性小，基本不影响亮黑胶的亮度，与气相二氧化硅效果相当，且具有明显的补强和粘结效果。
总结啦
优选设备及工艺，合成了一次粒径为10~20 nm的纳米碳酸钙产品K-A800，比表面积达到100 m2/g以上，具有晶体规整、粒径小且分布均匀、比表面积高、分散性好等优点。将该纳米碳酸钙与气相二氧化硅进行对比，结果发现，纳米碳酸钙K-A800兼具补强性、配伍性和加工性，可替代或部分替代价格昂贵的气相二氧化硅，具有较好的经济性。同时，粒径超过20 nm的纳米碳酸钙具有一定的遮盖性，不适用于亮闪系列中性硅酮密封胶。
