【萬通商務網】碳酸鈣是高分子復合材料中廣泛使用的無機填料 . 在橡膠、塑料制品中添加碳酸鈣等無機填料、可提高制品的耐熱性、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性及剛度等、并降低制品成本、但無機填料親水疏油的表面特性、使其與高分子材料相容性差、因此加工中易形成不規(guī)則的聚集體、造成在高聚物內部分散不均勻、從而產生界面缺陷、導致制品的物理機械性能降低 . 為了克服碳酸鈣應用上的自身缺點、改善其與高分子材料的相容性和分散性、使其成為一種功能性補強增韌填充材料、近年來國內外這方面的研究十分活躍 .

    碳酸鈣表面改性方法一般分為偶聯劑、有機物表面處理劑、無機物處理劑及綜合性表面處理劑等四種 . 一般認為、表面活性劑或有機酸對填料的表面改性是物理吸附、它可以改善物料的流變性能和加工性能、但對制品的物理力學性能幾乎沒什么改善 . 用偶聯劑改性不僅可以改善加工性能、而{TodayHot}且也可同時改善制品的物理力學性能 .

    我們采用JL-G01型改性劑對普通輕質碳酸鈣進行表面改性、通過物理及化學作用、使碳酸鈣表面有機化、從而防止碳酸鈣粒子團聚、顆粒以原生粒子狀態(tài)均勻分布、其中部分以納米粒子狀態(tài)存在、因此應用于復合材料加工體系中、不僅能提高分散性和相容性、改善體系流動性及加工性能、而且賦予制品較好的物理機械性能、達到增韌補強的效果 .

    1實驗部分

    1．1主要原料與設備

    聚氯乙烯(PVC)S-1000齊魯石化公司

    改性劑(Modifier)JL-G01如東金來氨基酸有限公司

    輕質碳酸鈣(CaCO3)工業(yè)一級高淳碳酸鈣廠

    復合穩(wěn)定劑AF-1如東塑料化工廠

    加工助劑KM355P吳羽化學公司

    增塑劑(DOP)工業(yè)一級金陵石化公司

    高速混合機SHR-10A張家港科達機械有限公司

    雙輥筒煉塑機SK-106B上海橡膠機械廠

    萬能材料試驗機INSTRON4466英國

    電子顯微鏡JMC-35C日本{HotTag}

    轉矩流變儀PLE331德國

    1.2試驗方法

    1.2.1表面處理方法

    將普通輕質碳酸鈣烘干至水份0.5%以下、加入高速混合機中、按1.5%(W)添加JL-G01型改性劑,升溫至100℃、攪拌8min出料備用 .

    1.2.2聚氯乙烯(PVC)試樣制備

    將PVC樹脂、復合穩(wěn)定劑、DOP、普通碳酸鈣或改性碳酸鈣等原料、按配方配料、在高速混合機中充分混合10min出料備用 . 混合料在雙輥煉塑機進行塑煉、軟片在165℃下充分塑化6min、硬片在190℃充分塑化8min、制成0.5mm厚的薄片、室溫下放著24小時后切割成啞鈴形試樣備測試 .

    2結果與討論

    2.1碳酸鈣改性前后微觀形態(tài)比較

    在電子顯微鏡下、對普通碳酸鈣及改性碳酸鈣進行顆粒微觀形態(tài)比較、結果見圖1

    普通碳酸鈣改性碳酸鈣

    圖1碳酸鈣改性前后電鏡照片對比

    從圖1可以清楚地看出、普通碳酸鈣粒子分布范圍廣、多以聚集態(tài)的形式存在、而改性碳酸鈣粒子經表面改性處理、表面能低、不團聚、達到均勻分散、多以原生粒子狀態(tài)存在、其中部分是以納米粒子狀態(tài)存在(粒徑小于100nm)、因而它能在PVC樹脂中達到較好分散、起到增韌補強作用 .

    2.2碳酸鈣改性前后流變性能比較

    我們將普通碳酸鈣和改性碳酸鈣分別按配方混料、室溫放置8hr后在PLE331型轉矩流變儀進行流變實驗、結果如表1

    表1流變實驗結果*

    名稱 最大扭矩/N.m平衡扭矩/N.m塑化時間/S熔融溫度/℃

    普通CaCO3 37.4 25.0 150 187

    改性CaCO3 34.3 24.1 120 186

    *配方：PVC100份復合穩(wěn)定劑5份KM355P6份

    普通CaCO3或改性CaCO315份

    從表1可以看出、加入改性碳酸鈣與普通碳酸鈣相比、扭矩降低、塑化時間明顯縮短、熔融溫度下降、塑化速度變快、說明改性碳酸鈣與PVC體系相容性好、有利于加工、可提高擠出速度、使制品外觀光滑細膩 . 這是由于改性碳酸鈣表面化學鍵合的改性劑與PVC樹脂具有良好相容性、表現出強的內潤滑作用、從而削弱了PVC分子間的作用力、使得體系流變性能改變 . 同時也說明在同等條件下、改性碳酸鈣可以增加填充量、也能達到良好的加工性能 .

    2.3PVC試片測試結果比較

    我們將普通碳酸鈣與改性碳酸鈣分別制取硬質、軟質試片、在INSTRON4466型萬能材料試驗機上測試、結果見表2、表3

    表2硬質PVC試片測試結果比較*

    名稱 屈服強度/Mpa 斷裂強度/Mpa 斷裂伸長率/% 楊氏模量/Mpa

    普通CaCO3 50.835 21.364 46.569 2666.59

    改性CaCO3 51.952 42.456 103.360 2740.27

    *配方：PVC100份復合穩(wěn)定劑5份DOP5份普通CaCO3或改性CaCO320份

    表3軟質PVC試片測試結果比較*

    名稱 屈服強度/Mpa 斷裂強度/Mpa斷裂伸長率/%楊氏模量/Mpa

    普通CaCO3 7.09 6.91 48.7 75.7

    改性CaCO3 7.11 6.92 109.1 60.7

    *配方：PVC100份復合穩(wěn)定劑5份DOP50份

    普通CaCO3或改性CaCO3120份

    從表2、表3可以看出、在同樣添加量的情況下、無論PVC硬、軟質制品、使用改性碳酸鈣、試片的力學性能都明顯優(yōu)于普通碳酸鈣、特別是試片的斷裂伸長率提高一倍多、而且物料易塑化、不粘輥、表面亮度高、加工性能優(yōu)良 . 這是由于普通碳酸鈣表面極性強、表面能高、在PVC樹脂中易于團聚、不易分散、從而影響制品加工性、并破壞制品的力學性能 . 而改性碳酸鈣表面已有機化改性、表面能顯著降低、不易團聚、基本上是以原生粒子狀態(tài)分散到PVC樹脂中、并通過有機改性劑的分子橋架作用、在界面上產生強的粘合作用、而其中部分以納米狀態(tài)分散的剛性粒子滲透到PVC樹脂三維網絡結構中 . 依據非彈性體增韌改性觀點、剛性納米級碳酸鈣粒子表面缺陷少、非配對原子多、與PVC樹脂結合牢固、在受到外力作用時、引起基體樹脂銀紋化吸收能量、發(fā)生脆-韌轉變[6]、從而避免局部應力集中產生裂紋化、使復合材料達到增韌補強效果、具有較好的力學性能 .

    3結論

    (1)經JL-G01型改性劑(Modifier)改性的碳酸鈣與普通碳酸鈣相比、顆粒以原生粒子狀態(tài)均勻分布、不團聚、與PVC樹脂具有極好的相容性與分散性、能夠增加填充量、同時達到增韌補強效果 .

    (2)改性碳酸鈣賦予PVC加工體系優(yōu)良的流變性能、縮短塑化時間、加快熔融、促進塑化、從而提高加工效率、并使制品具有優(yōu)良的表面性能 .

    (3)改性碳酸鈣填充于硬質、軟質PVC制品中、與普通碳酸鈣相比、不僅易塑化、不粘輥、加工性能優(yōu)良、而且制品的斷裂強度及斷裂伸率明顯提高、具有較好的物理機械性能 .

關鍵字：聚氯乙烯 信息由萬通商務網整理發(fā)表  來源：網絡

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