偶联剂处理超细CaCO3增韧HDPE研究
碳酸钙应用

碳酸钙在塑料中的应用及其具体要求1 碳酸钙在塑料工业中的地位与作用众所周知,碳酸钙无论是重质碳酸钙(简称重钙)还是轻质碳酸钙(简称轻钙),是塑料工业中使用数量最大、应用面最广的粉体填料。
我国塑料制品的年产量已超过3000万吨,以塑料用粉体填料数量占塑料制总量10%,而碳酸钙在各种粉体填料总量的70%计算,目前我国塑料工业每年使用的各种规格的碳酸钙至少在210万吨以上。
随着塑料原料——合成树脂价格不断上升,特别是从2003年下半年开始的涨价狂潮暴发以来,合成树脂的市场价格已经上升50%以上,如低密度聚乙烯已上升到每吨万元以上,拉丝级聚丙烯已上升至九千多元/吨。
众多塑料加工企业的目光不约而同地落到廉价的非矿粉体材料上面,特别是碳酸钙以价格低廉、使用方便、副作用少等众多优点成为塑料加工行业首选的增量材料,为碳酸钙行业带来巨大商机。
碳酸钙作为廉价的填充材料其经济性是不言而喻的。
每年使用二百多万吨非金属矿产品代替以石油为原料的合成树脂,相当于国家少建2~3座大型石油化工厂,不仅可以节约数百亿元的投资,而且节约下来的是地球上不可再生且日益成为国家必争的战略资源的石油,对社会、对国家乃至对整个地球人类都是不可磨灭的贡献!而对于塑料加工行业来说,每多使用1%的碳酸钙等非矿粉体材料,就等于降低100元左右的原材料成本,而100元的差价往往会成为盈亏的分界线,会成为市场竞争力的分水岭,成为企业生存和发展的关键!多年的应用实践表明,碳酸钙不仅可以降低塑料制品的原材料成本,而且还具有改善塑料材料某些性能的作用,例如PP编织袋的色泽由半透明变为白色以及表面极性增加有利于印刷等。
近几年来的研究更是获得可喜成果,多家大专院校和科研单位的研究成果表明,达到一定细度的碳酸钙在使用得当时,可显著提高基体塑料的抗冲击性能,即碳酸钙可作为塑料材料的抗冲改性剂使用。
复合材料(重量比为1:1),如清华大学高分子研究所研制的HDPE/CaCO3其缺口冲击强度可达基体塑料的十倍左右,见表1。
偶联剂/润滑剂对HDPE竹粉复合材料流变性能研究

湖 北 工 业 职 业 技 术 学 院 学 报
J o u r n a l o f Hu b e i I n d u s t r i a l P o l y t e c h n i c
F e b.. 2 01 4
Vo 1 . 27No. 1
到 两方 面 因素的影 响 , 粒 子 参 数 以及粒 子 与 基 体 间 股份有 限公 司独 山子 公 司生 产 ; 竹粉, 8 0目, 临安 市
的界面作用力… J 。偶联剂通过影响粒子问作用及 明珠竹木粉有 限公 司 ; 铝钛 复合 偶 联 剂 , 重 庆 市嘉 世
粒 子与基 体 间的界 面作 用 力 , 从 而 影 响 了复 合 材 料 泰化工有 限公 司 ; 抗 氧剂 1 0 1 0 , 上 海 百艳 实业 有 限公 体系 P a y n e效 应 及 第 二 平 台现 象 。从 另 一 方 面来 司; 硬 脂酸钙 , 天津 市永大化学 试剂 开发 中心 ; 旋 转流 看, 偶联剂的加人 , 同时也会使得复合材料的黏度急 变仪: H A A K E M A R S , 赛默飞世尔科技有限公司。 剧增加 , 导致材料制备过程 困难加大。为提高树脂 1 . 2 制备 方法 体系流动性 , 弱化聚合物与模具和料筒间的摩擦 , 改 熔融共混前 , 将竹粉放人 1 0 0 ' E干燥 箱中干燥 善制品的外观和光泽, 常加入一定量的润滑剂 。润 4 h , 然后按一定 比例将 H D P E 、 竹粉和各种助剂放 滑剂在树脂加工过程 中起 到提高熔体流动性 , 降低 2 0 m i n , 温度为 1 7 0 ℃ 。然 后 将 共 加工过程 中注塑的阻力 , 延长设备 寿命及减少加工 入密炼 机 中共 混 1
双螺杆挤出共混实验

双螺杆挤出共混实验实验目的1.了解双螺杆的工作原理,挤出工艺参数,操作规范和影响挤出物性质的因素。
2.掌握偶联剂的使用,以及它在物料和填料之间是如何起作用的。
实验原理偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质,它们分子中的一部分官能团可与有机分子反应,另一部分官能团可与无机物表面的吸附水反应,形成牢固的粘合。
偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应,又能与基体树脂反应,在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层,界面层能传递应力,从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度,提高了复合材料的性能,同时还可以防止不与其它介质向界面渗透,改善了界面状态,有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。
按偶联剂的化学结构及组成分为有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸化合物四大类:(1)铬络合物偶联剂铬络合物偶联剂开发于50年代初期,由不饱和有机酸与三价铬离子形成的金属铬络合物,合成及应用技术均较成熟,而且成本低,但品种比较单一。
(2)硅烷偶联剂硅烷偶联剂的通式为RSiX3,式中R代表氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基团,这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力,X 代表能够水解的烷氧基(如甲氧基、乙氧基等)。
(3)钛酸酯偶联剂依据它们独特的分子结构,钛酸酯偶联剂包括四种基本类型:①单烷氧基型这类偶联剂适用于多种树脂基复合材料体系,尤其适合于不含游离水、只含化学键合水或物理水的填充体系;②单烷氧基焦磷酸酯型该类偶联剂适用于树脂基多种复合材料体系,特别适合于含湿量高的填料体系;③螯合型该类偶联剂适用于树脂基多种复合材料体系,由于它们具有非常好的水解稳定性,这类偶联剂特别适用于含水聚合物体系;④配位体型该类偶联剂用在多种树脂基或橡胶基复合材料体系中都有良好的偶联效果,它克服了一般钛酸酯偶联剂用在树脂基复合材料体系的缺点。
(4)其它偶联剂锆类偶联剂是含铝酸锆的低分子量的无机聚合物。
它不仅可以促进不同物质之间的粘合,而且可以改善复合材料体系的性能,特别是流变性能。
塑料的增韧、增强与增刚

塑料的增韧、增强与增刚黄锐教授(四川大学高分子科学与工程学院)1.1概述上世纪80年代以来,高分子材料的研究重点转向聚合物凝聚态物理、材料加工与高性能化、功能化等方面;或通过加工改变单一聚合物聚集态,或将不同聚合物共混使性能普通高分子材料变成可工程应用的高性能材料。
据统计,在改善和提高聚合物的性能中,主要包括冲击韧性、加工性能、拉伸强度、弹性模量、热变形稳定性、燃烧性能、热稳定性、尺寸稳定性等,获得高的冲击韧性、高的拉伸强度和良好的加工性能位居前三位,成为聚合物材料改性的主要目标。
作为结构材料的高分子,强度和韧性是两项最重要的力学性能指标。
以往的研究表明,橡胶能有效地增韧,但造成强度、刚度较大幅度下降;无机填料能有效地增强,但往往造成冲击韧性明显下降。
因此,如何获得兼具高强高刚高韧综合性能优良的高分子材料,实现同时增韧增强与增刚改性一直是高分子材料科学研究中的一个重要课题和应用研究热点。
近年来,随着对弹性体增韧机理的更进一步认识,人们在提高弹性体的增韧效果和新型弹性体的研究与应用等方面都开展了研究。
弹性体增韧体系的强韧性与弹性体的种类,分散相的结构、粒子大小及分布,界面粘结以及基体等因素有关。
有人采用弹性模量比橡胶类聚合物高1-2个数量级的EV A作为PP的增韧改性剂,研究了原料配比、工艺条件和微观结构对体系性能的影响。
研究表明,共混物的增韧机理主要是EV A分散相粒子的界面空洞化引起PP基体屈服。
该共混物在冲击强度大幅度提高的同时,刚性相对下降很小,并且具有良好的加工性能,其综合性能优于PP/EPDM共混物。
通过改善弹性体的粒径大小及其分布、粒子与基体的界面相互作用等来达到共混材料的强韧化,已有很多文献报道。
有研究表明,质量比为80/20的动态硫化PP/EPDM和70/30非硫化型PP/EPDM的韧性几乎相同,可以用更少的弹性体用量而达到同样的增韧效果以保持PP的刚性和耐热性。
上述通过优化增韧体系的形态结构来提高聚合物的综合性能,其效果仍然有限。
碳酸钙(CaCO3)在塑料中的应用及其具体要求

1、碳酸钙在塑料工业中的地位与作用众所周知,碳酸钙无论是重质碳酸钙还是轻质碳酸钙,是塑料工业中使用数量最大、应用面最广的粉体填料。
我国塑料制品的年产量已超过3000万吨,以塑料用粉体填料数量占塑料制总量10%,而碳酸钙在各种粉体填料总量的70%计算,目前我国塑料工业每年使用的各种规格的碳酸钙至少在210万吨以上。
随着塑料原料——合成树脂价格不断上升,特别是从2003年下半年开始的涨价狂潮暴发以来,合成树脂的市场价格已经上升50%以上,如低密度聚乙烯已上升到每吨万元以上,拉丝级聚丙烯已上升至九千多元/吨。
众多塑料加工企业的目光不约而同地落到廉价的非矿粉体材料上面,特别是碳酸钙以价格低廉、使用方便、副作用少等众多优点成为塑料加工行业首选的增量材料,为碳酸钙行业带来巨大商机。
碳酸钙作为廉价的填充材料其经济性是不言而喻的。
每年使用二百多万吨非金属矿产品代替以石油为原料的合成树脂,相当于国家少建2~3座大型石油化工厂,不仅可以节约数百亿元的投资,而且节约下来的是地球上不可再生且日益成为国家必争的战略资源的石油,对社会、对国家乃至对整个地球人类都是不可磨灭的贡献!而对于塑料加工行业来说,每多使用1%的碳酸钙等非矿粉体材料,就等于降低100元左右的原材料成本,而100元的差价往往会成为盈亏的分界线,会成为市场竞争力的分水岭,成为企业生存和发展的关键!多年的应用实践表明,碳酸钙不仅可以降低塑料制品的原材料成本,而且还具有改善塑料材料某些性能的作用,例如PP编织袋的色泽由半透明变为白色以及表面极性增加有利于印刷等。
近几年来的研究更是获得可喜成果,多家大专院校和科研单位的研究成果表明,达到一定细度的碳酸钙在使用得当时,可显著提高基体塑料的抗冲击性能,即碳酸钙可作为塑料材料的抗冲改性剂使用。
如清华大学高分子研究所研制的HDPE/CaCO3复合材料(重量比为1:1),其缺口冲击强度可达基体塑料的十倍左右,见表1。
南京工业大学材料科学与工程学院的研究成果也证明了这一点,均聚PP/ 碳酸钙复合材料的缺口冲击强度较基体塑料提高一倍,见表2。
聚合物-纳米碳酸钙复合材料研究进展

聚合物/纳米碳酸钙复合材料研究进展摘要: 综述了表面处理对聚合物/纳米碳酸钙复合材料力学性能的影响、纳米碳酸钙在聚合物基体中的分散机理和对聚合物结晶行为的影响,并展望了聚合物/纳米碳酸钙复合材料的发展方向和前景。
关键词:聚合物基复合材料纳米碳酸钙表面处理分散机理结晶行为聚合物的填充改性已经有很长的历史了。
其最初的目的只是为了增量,以降低成本;后来发展到增韧增强基体树脂以代替某些工程塑料,从注重力学性能的提高进而开发功能性填充塑料。
大量的研究表明,在相同的填充条件下,超细填充体系的力学性能明显高于普通填料填充体系,即超细填料的填充改性效果更好、效率更高。
近年来,纳米材料的制备技术已经有了很大的突破,特别是纳米材料与常规材料相比具有一些特有的效应,如小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等,因此其宏观理化性能将明显不同于且在许多特性上优于常规粒状或块状材料。
正因为如此,有学者预测以无机纳米粒子填充聚合物对于新型功能复合材料的开发和聚合物的填充改性具有重要意义;同时也是目前乃至今后几十年的研究热点之一[1]。
但是纳米粒子具有粒径小、粒子比表面积大、孔隙率大和表面能很高的特点,因此纳米粒子本身极易团聚,用通常的熔融共混方法想得到真正的纳米复合材料几乎是不可能的。
所以,在聚合物基纳米复合材料的研究中,主要采用插层聚合[2-4]、溶胶-凝胶法[5-6]等方法,将纳米粒子以纳米尺度均匀分散于聚合物基体中。
但是,这些方法都不利于实现工业化生产。
如果在纳米粒子表面覆盖一层单分子的界面活性剂就可以防止它们凝聚,使其在树脂基体中以原生粒子形态均匀分散成为可能,就可以采用常规的熔融共混法来制备聚合物/无机纳米粒子复合材料。
如果填料在聚合物基体中的分散程度达到了纳米尺度(<100nm),聚合物和填料之间的界面积将非常大,会产生很强的界面相互作用;这样,就有可能将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性和介电性能等完美的结合起来,获得综合性能优异的纳米复合材料。
HDPE的增韧改性机理
㈡刚性粒子增韧
进一步的研究表明,如果在体系中加非反应性助偶联剂,-改性石蜡(NR) ,NR会与各种偶联剂的长链末端通过分子间力的作用产生良好的相容性, 使NR倾向于分布在碳酸钙与HDPE基体之间的界面处,从而使NR取代偶联 剂与HDPE基体发生作用,形成一种新的相界面,由于这两相界面的形成, 一方面改善了碳酸钙与HDPE之间的界面粘结状态,另一方面增大了碳酸钙 与HDPE间力学作用层的厚度,使材料在保持较好的综合性能的同时,冲击 韧性得到大幅度提高。(改性通常是将蜡进行化学改性,改变其理化性质。 由于引进了极性基团,蜡的表面性质发生了变化,其乳化胜、溶解性、阻燃性、
㈠弹性体和/或韧性好模量低的树脂增韧
研究表明,HDPE/NBR共混物的冲击断面呈平行排列的 丝状结构,可认为是试样断裂时银纹扩展为裂纹留下的痕迹, NBR以微细结构分散于HDPE中,当受力后能引发大量银纹, 使共混物显示高的冲击性能。
1.2HDPE与韧性好模量低的树脂共混 HDPE/LLDPE(线型低密度聚乙烯)、HDPE/CPE(氯化聚 乙烯)、HDPE/EVA(乙烯一醋酸乙烯共聚物) 、 HDPE/mPE(茂金属聚乙烯)、HDPE/PVA(聚乙烯醇)短纤维 共混体系等。
HDPE增韧改性尚待解决的问题
用弹性体增韧:其一,HDPE是一类非极性结晶性聚合物,通常情况下易形
成结晶聚合物,与弹性体的相容性差,相界面结合力小,易发生界面脱粘;其二弹 性体作为分散相,未适度交联,外力作用下易发生分子间滑脱而产生“空化”;其 三,欲呈现高的冲击强度,必须加大弹性体的质量分数,使增韧HDPE中刚性低的 成分太多。
采用刚性粒子增韧或者弹性体与刚性粒子并用增韧,刚性下 降的幅度不大,甚至有的会有所提高,但是存在如下不足: 其一,一般要求HDPE本身的韧性就要好,如50005型;其二, 增韧的效果不太明显,韧性提高的幅度不太大;其三,也有 一些增韧体系能使HDPE的韧性大幅度提高,但同时也使刚 性显著降低了。其四,使增韧HDPE的密度增大。
P(St/MAH/BA)改性纳米CaCO3对PS的增韧研究
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210995663_CaCO3在塑料中应用值得注意的几个问题
【开发利用】CaCO 3在塑料中应用值得注意的几个问题王锡臣(北京工商大学,北京 100037)摘要:作者根据多年实践经验,提出了CaCO 3在塑料应用过程中值得注意的几个问题。
关键词:CaCO 3;塑料;应用中图分类号:P578.61;TQ314.261 文献标识码:A 文章编号:1007-9386(2009)03-0009-021 重钙与轻钙的应用众所周知,重钙是将CaCO 3天然矿石(大理石或方解石)经粉碎制得;轻钙是用石灰石(纯度低的CaCO 3矿石)经煅烧硝化等化学方法制得,其组成为CaCO 3、密度2.7g/cm 3,给人的感觉轻钙似乎密度小,其实不然,感觉轻是它的表观密度。
通常人们所说轻钙粒径为多少目,实际是团聚颗粒的粒径,并非真实粒径。
目前轻钙在塑料中主要用于PVC制品,如塑钢门窗、PVC管材和各种PVC异型材。
应用时,一般都是将原粉或活性粉直接与PVC粉混合后使用。
由于轻钙粒径的大小,都是以团聚颗粒形式存在,不易打开分散,故不用做填充母粒,生产填充母粒都是用各种不同粒径的重质CaCO 3。
为了降低能耗,减小环境污染,国家已开始限制轻钙的生产,近一年来轻钙的价格也不断攀升。
国外也逐步在PVC制品中用重钙替代轻钙。
有人认为轻钙由于轻、表观密度小,在相同填充的条件下,制得的塑料制品的体积要比重钙大,如果是管材,同样管径,轻钙管的长度比重钙长。
为此,几年前我做了一个对比实验,相同填充比例,分别用1 250目重钙和420目的轻钙填充PE、PP和ABS,除测其力学性能外,重点考查它们的体积差异,其结果见表1。
表中PE、PP复合材料中CaCO 3含量为25%,ABS复合材料中CaCO 3含量为20%;相对质量:每一种标准样条取5个称重,再取其平均值为相对质量,实际是制品体积大小另一种表示方式;由于轻钙粒径小难分散,在制备母粒时,配方和加工工艺轻钙与重钙并非相同。
从表1中数据可以看出,用相同比例的重钙和轻钙分别填充PE、PP和ABS,所测得的各种复合材料的力学性能与相对质量基本相同,个别数据有所差异,属于测定误差允许的范围之内。
A-CaCO3及HDPE-g-MAH对HDPE复合材料性能的影响
物基 体 之间 的粘接 强度 弱 ,极 小 的外力 就会导 致脱 黏
现 象 ,导致材 料破 裂 ;碳酸 钙粒 径小 ,碳 酸 钙颗粒 间
团聚 倾 向 大 ,导 致 其 难 以 在 聚 合 物 基 体 中 分 散 均
匀 。提高碳 酸 钙 与 聚 合 物 基 体 之 间 的界 面 粘 接 强 度 ,主要通 过两 种方 法 :1 )碳 酸钙 表 面 进行 有 机 化 改性 ;2 添加相 容剂 ‘J ) 。。一 般采 用表 面改 性 剂
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辅 塞Βιβλιοθήκη 璧 静 双螺杆 挤 出机 :T 一5 Z3 ,南京科 亚 实业 有 限公 司 ;
注塑 机 :H F 0 ,宁 波 海 天 机 械 销 售 公 司 ;差 示 T 6 W2
扫 描量 热 ( S ) 仪 :Q O ,美 国 T 公 司 ;微 机控 DC lO A 制 电子万 能试 验机 :C 5 0 ,深圳 新 三 思技 术 有 限 MT 14 公 司 ;场 发射 扫描 电镜 ( E :H t h S4 0 , 日 S M) i c i - 0 a 7 本 日立 公 司 ;摆 锤 冲击试 验机 :Z C 15 。 B 。2 12,深圳 市 新 三思 材料 检测 有 限公 司。
1 实 验 部 分
1 1 实验 原料 .
高 密度 聚 乙烯 ( P :5 0 F HD E) 5 2 A,上 海 赛 科 石
国 家 自然 科 学 基 金 项 目 ( 17 17 ;浙 江 丁 业 大 学 校 基 金 ( 0 1 Y 0 ; 省 科 技 厅 ( 新 团 队 ) 支 持 项 日 5 36 ) l 2 1X 03) 创
H P —— H A C C D E gMA / — a O 复合材料 的拉伸强度和结 晶度 ,但降低了复合材料 的冲击强度
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S u y o h u h n ng Efe to t a Fi eCa t d n t e To g e i f c fUlr — n CO3 n HDPE t o wih Su f c e t nto s c a t u ln e r a eTr a me fIo y na eCo p i g Ag nt
teC C ufc , h o g hc h a t t n t f h h a O3 rae t ru hw i t ei c sr gho eHDP / a O o o i swa s h mp e t E C C 3 mp s e s c t s nf a t r v d i icn l i o e .Th xmu f h at te g ho o o i s 3 2k / a g i y mp e ma i m o e mp c srn t f mp s e t i c t wa . J m。 t 4
( ) E) HI P 的增韧效果 。F I S M 及力学性能测试等结果表明, T R,E 异氰酸酯偶联剂在 C C 表面产生 了化学偶 联作用 . a O3 并且
异 氰 酸 酯 偶 联 剂 与 钛 酸 酯 偶 联 剂 共 用 时 有协 同作 用 。在 C C 临 界 质 量 分 数 为 4 时 , 料 的 冲 击 强 度 达 到 最 大 值 4 . a O3 O 材 32 k / 同 时 材料 的 刚性 能 够 基 本 保 持 。随 着 C C 含 量 的 变化 , 料 的熔 体 流 动 速 率 与 冲 击 强 度 有 着 相 似 的 变 化 规 律 , Jm , a Oe 材 认 为 C CO a 。粒 子 周 围 存 在 的 塑性 界 面 过 渡 区 , 导 致 材 料 的 熔 体 流 动速 率 和 冲击 强 度 提 高 的 原 因 。 是 关 键 词 : 异 氰 酸 酯 偶 联 剂 超 细 碳 酸 钙 高 密 度 鞭 乙 烯 衰 面 处 理 增 韧
W a gW e n i Hu n ;n Zh n n a a g Ja a g Yu c n
( olg f tr l S in ea d E gn eig C l eo e Maei s c c n n ie r 。 a e n
Na j gUnvri f c n lg 。Naj g J n s 。1 0 9 ni ies yo h oo y n t Te ni 。 i g u 2 0 0 ) n a
王伟 黄 健 张 云灿
( 京工业大学材 料科 学与工程 学院 , 南 江苏 南京 ,1 0 9 200 )
摘 要 : 合 成 的 异 氰 酸 酯 偶 联 剂 , 超 细 碳 酸 钙 ( a 03 进 行 了 表 面 处 理 . 察 了 处 理 后 C C 对 高 密 度 聚 乙 烯 用 对 CC ) 考 a O。
sr n t t h n r a ig o a t e g h wih t e i c e sn f C CO3 c n e t Th s r s l i p id t a p ca n e f c — o tn . i e u t m l h t a s e ili t r a e e
维普资讯
现 代 塑 料 加 工 应 用
2 00 6年 第 18卷 第 3期
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偶 联 剂 处 理 超 细 Oa 03 韧 H E研 究 O 增 DP
sn h s e .HDP / a O o o i sweep e ae n h rcei db TI y te ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ d z E C C 3 mp s e r rp rda dc aatr e yF R,S M n c t z E ad
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