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PVC/碳酸钙复合材料的研究现状及进展
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-06-23 11:32:09    浏览次数:
 
    (中国粉体技术网/班建伟)在各种改性剂和改性方法未普遍得到应用之前,通常重钙是作为廉价的填料,直接填充到塑料中起增容增量降低成本的作用,且使用的一般是普通大粒径粒子。这种刚性无机粒子虽可以提高制品的硬度和刚性,但损害了强度和韧性。
    随着工业技术的向前迈进,市场目光已经向
功能性填料方向瞄准,功能型填料填充得到的高聚物复合材料己经工业化和规模化了。加上超细研磨技术的出现,使得重钙往超细化方向发展。
    但是,并不是说填充颗粒越细越好,特别在PVC/碳酸钙复合材料的工业生产过程中,不必刻意追求过细的粒径。比如说,叶林忠等采用三种不同粒径的改性后碳酸钙,按一定质量比填充到PVC中形成复合材料,通过对复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度等参数的测试,发现粒径为的10nm改性碳酸钙综合性能最差,而平均粒径为1.92μm的超细碳酸钙综合性能最好。
    魏刚等采用微米碳酸钙和
纳米碳酸钙分别对PET-MA-GMA体系进行填充改性,实验结果表明无论是纳米级还是微米级碳酸钙,所形成高聚物基复合材料的拉伸强度都随填充量的增大而减小,但微米级碳酸钙体系减小的趋势较纳米碳酸钙慢。而表现在缺口冲击强度上,复合材料随纳米级碳酸钙加入量的增大而减小,而随微米级碳酸钙的加入量增大而增大。以上结论说明微米级碳酸钙更能改善PET-MA-GMA体系的力学性能。
    其实,问题的瓶颈在于无机粉体能否在有机高聚物中的均匀分散和空间平衡分布,从而不使团聚颗粒在高聚物中过早的引发并产生缺陷。然而,碳酸钙亲水疏油的本性、微细小颗粒高表面能导致粒子容易集聚等问题使重钙粉体在高聚物中分散不均匀,达不到预想中的作用。基于以上原因,各种改性方法,改性工艺应运而生。有关企业和科研人员在此领域做了大量的投入和研究工作,得到了很好的经济效益和学术价值。
    O.P.Obande等用硬脂酸对碳酸钙进行表面改性后与PVC进行混炼模压成型,得到PVC/碳酸钙复合材料薄膜。对此薄膜进行拉伸实验后结果表明:CaCO3填充质量分数在1-4%时,对PVC基质依然有增强增韧作用,其原因是因为在拉伸过程中,在一界面区域产生了微裂纹和一定程度的塑化变形。
    John等研究了酸雨对木质结构的建筑群体和文化制品的耐酸性,结果显示在其表面涂附一种含有体积分数为52%的PVC颜料和质量分数为35%的CaCO3粉体颗粒的丙烯酸类乳胶漆以后,对木质制品的防风化作用、延长或阻止材料的霉化等方面有显着的作用,而且,乳胶漆如果配方还待改进,预计在达到最佳配方时,乳胶漆本身也能不受酸雨的任何侵蚀。
    Xie研究了在引发氯乙烯(VC)原位聚合反应中添加纳米CaCO3来合成PVC/ CaCO3复合材料。研究表明纳米碳酸钙颗粒能均匀的分散在PVC基体中,最佳添加量为5wt%时,其复合材料的缺口冲击强度、拉伸屈服强度、玻璃化温度及加工性能都得到较好的提高或改善。
Nakamaru通过拉伸实验研究重钙粒子填充PVC的破碎行为时发现,随着填料量的增加屈服应力减小,从SEM照片可以看出,当外加应力达到屈服应力时,重钙粒子与PVC基质界面出现脱层而在粒子周围形成空隙,即粒子充当空隙的作用,使颗粒周围的PVC基质发生有效的塑性变形。
据报道,如果重钙的平均粒径达到0.5-3μm,则在PVC管材、异型材等材料中的填充比例可达到15-60%。重钙除了能起到以上提到的降低成本、提高或赋予材料某些性能等作用外,对PVC塑料薄膜等制品的降解、焚烧等过程也有积极的促进作用。
    通常重质碳酸钙是作为廉价的填料填充到塑料中起到增量作用,一般使用的是普通大粒径的矿物粒子。这种刚性无机粒子可以提高塑料制品的硬度和刚性,但由于大粒径无机填料的加入,易在基体内形成缺陷,损害了塑料制品的强度和韧性,用小粒径强硬的无机刚性粒子可以达到增韧效果。无机刚性粒子增韧理论认为,超细粒子与大粒径粒子相比,它们的表面缺陷少,非配对原子多,与聚合物发生物理或化学结合的可能性大,增强了粒子与基体的界面粘合,所以可承担一定的载荷,具有增韧增强作用的可能。
    哈尔滨某塑料厂研究了采用活性
重质碳酸钙填充废聚氯乙烯(WPVC)农膜为原料,生成PVC地砖基片。结果表明热压贴合成型PVC高填充地砖的加工技术可行,降低了生产成本,具有可推广性。
湖南金信化工有限公司采用“双喷”新工艺生产的奥特钙一超细塑料补强剂,可广泛应用于各种塑料的软硬制品,增加填充量,降低成本。在PVC树脂粉为原料的制品中,直接加入使用,一般可加入15-20份。
    总之,随着人们生活水平和环境保护意识的提高,“绿色塑料”、“以塑代钢,以塑代木”已成为工业技术发展和社会进步的必然选择。重钙,作为一种公认的无公害无“三废”的绿色环保产品,其在PVC热解过程中脱氯闷及环境可消纳性中起到了积极的作用。
    世界各国都非常重视对它的研究开发,我国的重钙工业近几年发展也十分迅速。随着无机刚性粒子增韧理论刀发展和完善,重钙的粒度细化已引起塑料行业的极大关注。而作为新型填料填充PVC塑料,制备PVC/ CaCO3复合材料是PVC塑料改性工业发展的重要里程碑。如何合理开发出性价比高、环境友好的重钙填充复合材料,是塑料工业乃至整个材料科学领域的发展方向之一。


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