納米碳酸鈣及其在塑料高性能化改性中的應用

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工業(yè)化大生產(chǎn)。第二個系統(tǒng)將J含ai遙溶液與mshhl者S介：王成云男高級工i|f//www.cnki.net 1刖目碳酸鈣是塑料行業(yè)用量最大的一種無機填料，納米碳酸鈣粒子尺寸小，比表面積大，表面原子處于高度活化狀態(tài)，與聚合物有很強的界面相互作用，可對聚合物同時進行增韌增強，從而使以塑料為基體的塑料/納米碳酸鈣復合材料具有無機、高分子和納米材料的綜合優(yōu)點，無各向異性，具有產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景。近年來，隨著納米碳酸鈣的開發(fā)應用和粒子表面處理技術(shù)的進步以及復合材料制備技術(shù)的迅速發(fā)展，采用納米碳酸鈣對塑料進行改性已成為制備高性能、多功能復合材料的重要手規(guī)1~3.目前，納米碳酸鈣已廣泛應用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等塑料的高性能化改性，取得了一系列的成果?！　?納米碳酸鈣的制備方法納米碳酸鈣主要采用液相法合成，根據(jù)合成機理的不同又可分為三種反應系統(tǒng)。第一個系統(tǒng)以Ca（H）水乳液為鈣源、用C2碳化而得到納米碳酸鈣，根據(jù)反應器類型的不同，它又可分為間歇碳化法、連續(xù)噴霧多段碳化法和超重力反應結(jié)晶法三種生產(chǎn)工藝，這三種工藝均可用于含C3的溶液在一定條件下混合反應來制備納米碳酸鈣，該反應系統(tǒng)成本高，在生產(chǎn)中應用較少。第三個系統(tǒng)通過有機介質(zhì)來調(diào)節(jié)Ca2和C32的傳質(zhì)，從而達到控制晶體成核生長的目的，根據(jù)有機介質(zhì)的不同，它又可分為微乳液法和凝膠法，該系統(tǒng)目前主要用于實驗，不用于生產(chǎn)?！　〖{米碳酸鈣具有多種晶形，不同晶形的碳酸鈣作為添加劑時作用也各不相同。在制備納米碳酸鈣的碳化過程中，控制不同的反應條件，可制得不同晶形和粒徑的產(chǎn)品。近年來，隨著碳酸鈣的粒徑納米化、結(jié)構(gòu)復雜化以及表面改性技術(shù)的發(fā)展，納米碳酸鈣的應用價值得到極大的提高，對不同形態(tài)的納米碳酸鈣制備技術(shù)的研究，已成為許多先進國家竟相開發(fā)的熱點，在碳化過程中加入鎂鹽、鉀鹽、多聚磷酸鈉、水溶性金屬鹽和螯合劑等胡圣飛等1203采用共混法制備了納米碳酸鈣增韌增強的PVC納米塑料其拉伸強度為純益此米塑料行了%發(fā)現(xiàn)納米碳酸鈣在基體墟恤結(jié)晶控制劑。制備紡錘形納米碳酸鈣時，在碳化前先將Ca（OH）懸浮液進行濕式磨碎活化處理，再進行碳化反應，晶形控制劑多為H2O2和螯合劑。球形納米碳酸鈣通常由鈣鹽與碳酸鹽在濃堿性溶液經(jīng)低溫反應制得，主要的晶形控制劑為鎂鹽、鉀鹽和多聚磷酸鈉。將原石灰粉分散到消石灰漿中，通入⑴2氣體，將其連續(xù)碳化可得到高度分散的片狀納米碳酸鈣。無定形納米碳酸鈣則水溶性極強，打破了碳酸鈣難溶于水的概念?！　?納米碳酸鈣的表面改性納米碳酸鈣顆粒尺寸小，比表面積大，表面能高，處于熱力學非穩(wěn)定狀態(tài)，極易聚集成團。納米碳酸鈣粉體本身是一種親水性的無機化合物，表面有親水性較強的羥基呈現(xiàn)較強的堿性，在有機介質(zhì)中難于均勻分散，與有機高聚物之間沒有結(jié)合力，親和性差，易造成界面缺陷，導致材料性能下降。因此，必須采用不同的表面改性劑和處理方法對納米碳酸鈣進行表面改性，消除表面高勢能，提高與聚合物之間的潤濕性和結(jié)合力，改善其性能，拓寬其應用范圍。納米碳酸鈣常用的表面改性方法主要有干法表面處理、濕法表面處理、耐酸性無機物表面處理、偶聯(lián)劑表面處理、有機物表面處理、高分子聚合物表面處理等幾種方式。的123 %，缺口沖擊強度為純PVC的313%.胡圣飛等還研究了納米CaC3對PVC/ACR體系力學性能的影響，發(fā)現(xiàn)其拉伸強度為PVC/ACR的184%，沖擊強度為PVC/ACR的185%.合材料的研究表明，納米CaC3對PVC/SBS起增韌增強及提高斷裂伸長率的三重效應。胡圣飛等還對納米碳酸鈣改性的PVC/CPE納米塑料進行了研究，裘懌明等用不同顆粒尺寸的輕質(zhì)納米碳酸鈣對RPVC進行增韌改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)納米碳酸鈣均有較好的增韌作用?！　?.2在聚乙烯高性能化改性中的應用陳夕等采用納米CaC3、納米滑石粉填充聚乙烯，發(fā)現(xiàn)采用不同種類的納米材料填充的效果也各不相同，不同納米材料之間還有填充的協(xié)同效應。　　徐偉平等研究了表面處理劑對納米Ca-⑴3/HDPE復合材料性能的影響，發(fā)現(xiàn)表面處理劑能促進納米CaC3粒子在基體中的分散，大大減少納米CaC3的用量?！　?9王成云，張偉亞，楊左軍，等。聚氯乙烯，2⑴1.（6）1高速發(fā)展的現(xiàn)代社會對塑料提出1了更廣（泛ilblishhgHouse.Allrights散良好，與基體浸潤性好，納米碳酸鈣在聚丙烯的結(jié)晶過程中起到十分明顯的異相成核作用。對材料力學性能研究結(jié)果表明，納米碳酸鈣對聚丙烯有顯著的增強增韌作用，在其含量為4%時，聚丙烯納米塑料的拉伸強度、缺口沖擊強度、無缺口沖擊強度均達到最大值。王旭等認為納米碳酸鈣對聚丙烯的顯著增韌增強作用主要取決于兩個原因，一是納米碳酸鈣對聚丙烯的結(jié)晶有明顯的誘導作用，使其結(jié)晶度提高，晶體顆粒變小，從而有效地改善其沖擊強度；二是納米碳酸鈣粒子比表面積大、表面原子數(shù)多、表面活性高，與聚合物的截面粘接強度高，從而改善聚合物的力學性能。　　王旭等1311還研究了納米碳酸鈣在PP/HDPE/cac3體系中的分散狀況，發(fā)現(xiàn)納米碳酸鈣能顯著提高材料的無缺口沖擊強度、缺口沖擊強度和拉伸強度?！　⊥趿⑿?2研究了不同粒徑的納米碳酸鈣填充聚丙烯塑料，發(fā)現(xiàn)150nm碳酸鈣填充聚丙烯時，沖擊強度提高了4倍多?！　±钸h等研究了不同分散劑對納米碳酸鈣在聚丙烯納米塑料中的分散效果以及加工工藝條件對聚丙烯納米塑料的影響，發(fā)現(xiàn)超分散劑CH―1A則對納米碳酸鈣的分散作用十分顯著，使聚丙烯納米塑料的沖擊強度、加工性能有大幅度的提高?！　∪物@誠等34采用熔融共混法制備了聚丙烯納米塑料，發(fā)現(xiàn)當納米Ca⑴3含量低于10%時，聚丙烯納米塑料的缺口沖擊強度提高3 ~4倍，同時拉伸強度和剛度保持不變。甄建等研究發(fā)現(xiàn)，納米碳酸鈣對聚丙烯的結(jié)晶有明顯的異相成核作甩使材料的結(jié)晶速率、結(jié)晶溫度、熔點和熱變形溫度得到提高，力學性能也有所提高。　　只嘩等36將納米碳酸鈣與苯乙烯等單體混合后進行預輻照處理，讓單體發(fā)生聚合反應并使納米碳酸鈣粒子接枝到聚合物上，然后跟聚丙烯基體熔融擠出，使納米碳酸鈣在聚合物中均勻分散，制備了聚丙烯/碳酸鈣納米復合材料，該材料的屈服強度、斷裂伸長率、沖擊強度等力學性能均有所提高?！　∫?，由現(xiàn)有的大品種通用塑料通過填充改性來制得各種新型復合材料則是事半功倍的捷徑，納米碳酸鈣的開發(fā)則為塑料改性提供了新的途徑和方法。目前，納米碳酸鈣在塑料的高性能化改性中的研究、開發(fā)和應用還處于起步階段，有待于進一步研究的理論和實際問題還很多，尤其是納米碳酸鈣粒子的團聚和保存、在塑料基體中的分散、與不同塑料界面粘接的強度和穩(wěn)定性、對塑料的增韌增強機理、含量對塑料性能的影響的定量關(guān)系等問題，尚未得到很好的解決。隨著人們對納米碳酸鈣改性塑料復合材料的深入研究，納米碳酸鈣將在塑料的高性能化改性中得到更加廣泛的應用。