【万通商务网】碳酸钙是高分子复合材料中广泛使用的无机填料 . 在橡胶、塑料制品中添加碳酸钙等无机填料、可提高制品的耐热性、耐磨性、尺寸稳定性及刚度等、并降低制品成本、但无机填料亲水疏油的表面特性、使其与高分子材料相容性差、因此加工中易形成不规则的聚集体、造成在高聚物内部分散不均匀、从而产生界面缺陷、导致制品的物理机械性能降低 . 为了克服碳酸钙应用上的自身缺点、改善其与高分子材料的相容性和分散性、使其成为一种功能性补强增韧填充材料、近年来国内外这方面的研究十分活跃 .
碳酸钙表面改性方法一般分为偶联剂、有机物表面处理剂、无机物处理剂及综合性表面处理剂等四种 . 一般认为、表面活性剂或有机酸对填料的表面改性是物理吸附、它可以改善物料的流变性能和加工性能、但对制品的物理力学性能几乎没什么改善 . 用偶联剂改性不仅可以改善加工性能、而{TodayHot}且也可同时改善制品的物理力学性能 .
我们采用JL-G01型改性剂对普通轻质碳酸钙进行表面改性、通过物理及化学作用、使碳酸钙表面有机化、从而防止碳酸钙粒子团聚、颗粒以原生粒子状态均匀分布、其中部分以纳米粒子状态存在、因此应用于复合材料加工体系中、不仅能提高分散性和相容性、改善体系流动性及加工性能、而且赋予制品较好的物理机械性能、达到增韧补强的效果 .
1实验部分
1．1主要原料与设备
聚氯乙烯(PVC)S-1000齐鲁石化公司
改性剂(Modifier)JL-G01如东金来氨基酸有限公司
轻质碳酸钙(CaCO3)工业一级高淳碳酸钙厂
复合稳定剂AF-1如东塑料化工厂
加工助剂KM355P吴羽化学公司
增塑剂(DOP)工业一级金陵石化公司
高速混合机SHR-10A张家港科达机械有限公司
双辊筒炼塑机SK-106B上海橡胶机械厂
万能材料试验机INSTRON4466英国
电子显微镜JMC-35C日本{HotTag}
转矩流变仪PLE331德国
1.2试验方法
1.2.1表面处理方法
将普通轻质碳酸钙烘干至水份0.5%以下、加入高速混合机中、按1.5%(W)添加JL-G01型改性剂,升温至100℃、搅拌8min出料备用 .
1.2.2聚氯乙烯(PVC)试样制备
将PVC树脂、复合稳定剂、DOP、普通碳酸钙或改性碳酸钙等原料、按配方配料、在高速混合机中充分混合10min出料备用 . 混合料在双辊炼塑机进行塑炼、软片在165℃下充分塑化6min、硬片在190℃充分塑化8min、制成0.5mm厚的薄片、室温下放着24小时后切割成哑铃形试样备测试 .
2结果与讨论
2.1碳酸钙改性前后微观形态比较
在电子显微镜下、对普通碳酸钙及改性碳酸钙进行颗粒微观形态比较、结果见图1
普通碳酸钙改性碳酸钙
图1碳酸钙改性前后电镜照片对比
从图1可以清楚地看出、普通碳酸钙粒子分布范围广、多以聚集态的形式存在、而改性碳酸钙粒子经表面改性处理、表面能低、不团聚、达到均匀分散、多以原生粒子状态存在、其中部分是以纳米粒子状态存在(粒径小于100nm)、因而它能在PVC树脂中达到较好分散、起到增韧补强作用 .
2.2碳酸钙改性前后流变性能比较
我们将普通碳酸钙和改性碳酸钙分别按配方混料、室温放置8hr后在PLE331型转矩流变仪进行流变实验、结果如表1
表1流变实验结果*
名称 最大扭矩/N.m平衡扭矩/N.m塑化时间/S熔融温度/℃
普通CaCO3 37.4 25.0 150 187
改性CaCO3 34.3 24.1 120 186
*配方：PVC100份复合稳定剂5份KM355P6份
普通CaCO3或改性CaCO315份
从表1可以看出、加入改性碳酸钙与普通碳酸钙相比、扭矩降低、塑化时间明显缩短、熔融温度下降、塑化速度变快、说明改性碳酸钙与PVC体系相容性好、有利于加工、可提高挤出速度、使制品外观光滑细腻 . 这是由于改性碳酸钙表面化学键合的改性剂与PVC树脂具有良好相容性、表现出强的内润滑作用、从而削弱了PVC分子间的作用力、使得体系流变性能改变 . 同时也说明在同等条件下、改性碳酸钙可以增加填充量、也能达到良好的加工性能 .
2.3PVC试片测试结果比较
我们将普通碳酸钙与改性碳酸钙分别制取硬质、软质试片、在INSTRON4466型万能材料试验机上测试、结果见表2、表3
表2硬质PVC试片测试结果比较*
名称 屈服强度/Mpa 断裂强度/Mpa 断裂伸长率/% 杨氏模量/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份复合稳定剂5份DOP5份普通CaCO3或改性CaCO320份
表3软质PVC试片测试结果比较*
名称 屈服强度/Mpa 断裂强度/Mpa断裂伸长率/%杨氏模量/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份复合稳定剂5份DOP50份
普通CaCO3或改性CaCO3120份
从表2、表3可以看出、在同样添加量的情况下、无论PVC硬、软质制品、使用改性碳酸钙、试片的力学性能都明显优于普通碳酸钙、特别是试片的断裂伸长率提高一倍多、而且物料易塑化、不粘辊、表面亮度高、加工性能优良 . 这是由于普通碳酸钙表面极性强、表面能高、在PVC树脂中易于团聚、不易分散、从而影响制品加工性、并破坏制品的力学性能 . 而改性碳酸钙表面已有机化改性、表面能显著降低、不易团聚、基本上是以原生粒子状态分散到PVC树脂中、并通过有机改性剂的分子桥架作用、在界面上产生强的粘合作用、而其中部分以纳米状态分散的刚性粒子渗透到PVC树脂三维网络结构中 . 依据非弹性体增韧改性观点、刚性纳米级碳酸钙粒子表面缺陷少、非配对原子多、与PVC树脂结合牢固、在受到外力作用时、引起基体树脂银纹化吸收能量、发生脆-韧转变[6]、从而避免局部应力集中产生裂纹化、使复合材料达到增韧补强效果、具有较好的力学性能 .
3结论
(1)经JL-G01型改性剂(Modifier)改性的碳酸钙与普通碳酸钙相比、颗粒以原生粒子状态均匀分布、不团聚、与PVC树脂具有极好的相容性与分散性、能够增加填充量、同时达到增韧补强效果 .
(2)改性碳酸钙赋予PVC加工体系优良的流变性能、缩短塑化时间、加快熔融、促进塑化、从而提高加工效率、并使制品具有优良的表面性能 .
(3)改性碳酸钙填充于硬质、软质PVC制品中、与普通碳酸钙相比、不仅易塑化、不粘辊、加工性能优良、而且制品的断裂强度及断裂伸率明显提高、具有较好的物理机械性能 .
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