納米碳酸鈣改性及其在PVC行業中的應用技術

發布時間：2021-02-25

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塑料的填充改性具有很長的歷史，其初衷為降低成本，如在PVC硬制品中加入碳酸鈣，不可降低生產成本，適當的加入量還可提高PVC硬制品的力學性能。隨著材料科學研究熱點轉向納米材料，納米碳酸鈣在PVC行業中的應用受到了普遍的重視。

目前，國內納米碳酸鈣/PVC復合材料的制備主要是利用不同方法對納米碳酸鈣進行改性，使其具有親油性，然后采用原位聚合法或熔融共混法與PVC復合，從而提高復合材料性能。

1、納米碳酸鈣表面改性

納米碳酸鈣表面改性是通過物理或化學方法將改性劑吸附或反應在納米碳酸鈣表面，形成包膜，降低碳酸鈣顆粒間的附聚力，增強聚合物與填料間的結合力。

目前，國內采用的改性劑有表面活性劑、偶聯劑、共聚物表面處理劑等，改性后的納米碳酸鈣活化度達到95%以上，吸油值可降低30%，實現了納米碳酸鈣由親水到疏水的轉變。

（1）干法改性

干法改性主要是將納米碳酸鈣干粉與偶聯劑直接混合進行改性。偶聯劑對碳酸鈣進行表面改性的原理是偶聯劑分子一端的極性基團與碳酸鈣粒子表面的羥基反應形成穩定的化學鍵，另一端與有機高分子鏈發生化學反應，從而把兩種極性差異較大的材料緊密結合起來，并賦予復合材料較好的物理性能和力學性能。

（2）濕法改性

濕法改性是直接把改性劑（包括處理劑、分散劑、溶劑）加入碳酸鈣懸浮液中，在一定溫度和機械力的作用下進行表面改性處理。近年來，除了用表面活性劑外，濕法改性還采用了鈦酸酯、鋁酸酯等偶聯劑對納米碳酸鈣進行改性。

在納米碳酸鈣表面處理過程中，改性方法和改性劑的選擇是關鍵因素。

含水納米碳酸鈣在烘干處理過程中易發生自身團聚，在干法改性過程中，改性劑能對團聚顆粒的外表面進行改性，團聚問題沒有得到根本解決;在納米碳酸鈣漿液中，碳酸鈣顆粒以納米粒子形式存在于液相中，加入的改性劑可與納米碳酸鈣充分接觸，達到改性目的。

在改性劑選擇方面，由于改性納米碳酸鈣需要應用在PVC行業中，因此不要考慮改性劑與納米碳酸鈣的結合，還要考慮改性劑中有機鏈與PVC分子鏈的相容程度，兩種分子鏈能否較容易地發生牢固纏繞作用，以及改性納米碳酸鈣與PVC復合過程中改性效果的穩定性等因素。

2、納米碳酸鈣與PVC復合技術

目前，改性后納米碳酸鈣與PVC的復合方式主要有原位聚合法和熔融共混法等。

（1）原位聚合法

原位聚合法是先將納米碳酸鈣均勻分散在氯乙烯單體中，使改性納米碳酸鈣顆粒表面與氯乙烯發生化學反應或物理吸附，帶有納米碳酸鈣的氯乙烯單體再進行原位聚合生成PVC/納米碳酸鈣復合樹脂。

原位聚合法納米碳酸鈣與PVC的復合技術，解決了納米碳酸鈣顆粒在PVC基體中的團聚問題，但在懸浮聚合過程中，納米碳酸鈣的加入影響了原有聚合分散劑、引發劑體系，反應溫度，反應平穩性，壓降時間等工藝控制參數，同時也引起了PVC樹脂黏數、表觀密度、白度等性能參數的變化。

（2）熔融共混法

熔融共混法是將改性納米碳酸鈣、PVC樹脂、加工助劑在高速攪拌鍋中進行高溫（100～110℃）預混，實現納米碳酸鈣與PVC樹脂的分散與初步物理吸附，然后在后續加工PVC樹脂顆粒熔融過程中，納米碳酸鈣有機端與伸展的PVC分子鏈發生纏繞結合，以提高復合材料的性能。

熔融共混法復合納米碳酸鈣與PVC的技術，利用PVC樹脂后加工的工藝操作流程，解決了納米碳酸鈣提高PVC材料力學性能的問題，其操作簡單，受到很多企業的青睞，是目前應用較廣的一種方法。

隨著加工技術及材料科學的發展，將出現更多納米碳酸鈣與PVC樹脂的復合技術，其發展方向為工藝簡單化，便于工業化應用，又能解決納米碳酸鈣在PVC基體中的團聚問題，從而提高復合材料性能。這將使納米碳酸鈣在PVC行業中得到更普遍的應用。

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