CN102993593A - 一种利用改性碳酸钙制备pvc的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用改性碳酸钙制备PVC的方法，本发明利用经JL-GO1型改性剂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，其中部分以纳米粒子状态存在，因此填充于聚氯乙烯(PVC)硬质、软质制品中，不仅能改善体系的加工性能，而且赋予制品较好的物理机械性能，达到增韧补强的效果。
Description
技术领域
本发明涉及生产PVC制品时添加的一种改性材料，具体涉及一种利用改性碳酸钙制备PVC的方法。
背景技术
聚氯乙烯是五大通用树脂之一，其产量仅次于聚乙烯。随着化学建材的大量推广和使用，PVC硬制品的使用比例不断提高，尤其是管材、板材和型材等需求增长迅速，因此对聚氯乙烯的使用性能有了更高的要求。聚氯乙烯树脂较脆，传统增韧改性技术通常是在树脂中加人橡胶弹性体，却是以降低材料宝贵的刚性、耐热性、尺寸稳定性为代价的。
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，而且也可同时改善制品的物理力学性能。
发明内容
本发明提供了一种利用改性碳酸钙制备PVC的方法，本发明利用经JL-GO1型改性剂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，其中部分以纳米粒子状态存在，因此填充于聚氯乙烯(PVC)硬质、软质制品中，不仅能改善体系的加工性能，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. 一种利用改性碳酸钙制备PVC的方法，其特征在于PVC试样制备方法为：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10 min出料备用。混合料用双辊炼塑机进行塑炼，软片在165℃下充分塑化6 min，硬片在190℃充分塑化8 min，制成0.5 mm厚的薄片，室温下放置24 h切割成哑铃形试样备测试。
2. 步骤1所述的改性碳酸钙的表面处理方法：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-GO1型改性剂，升温至100℃，搅拌8 min出料备用。
3. 步骤1所述的碳酸钙和改性碳酸钙分别按配方混料，室温放置8 h后用PLE331型转矩流变仪进行流变实验
4. 步骤1所述的权利1所述的拉伸试样在切样机上用切样刀制成，拉伸性能按GB/T 1040-92标准在4302型Instron电子万能材料试验机上进行测定。
5. 步骤3所述的加入改性碳酸钙与加入普通碳酸钙相比，扭矩降低，塑化时间明显缩短，熔融温度下降，塑化速度变快。
6. 步骤4所述的添加直链聚酯增塑剂对增塑PVC材料的热稳定性有所改善，当聚酯分子量升高时热稳定性也变好。
本发明采用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。
具体实施方式
下面的实施例对本发明作详细说明，但对本发明没有限制。
实施例1
本实施例说明碳酸钙改性前后流变性能比较，将普通碳酸钙和改性碳酸钙分别按配方混料，室温放置8 h后用PLE331型转矩流变仪进行流变实验。结果如表1所示。
从表1可以看出，加入改性碳酸钙与加入普通碳酸钙相比，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。
表1 碳酸钙改性前后流变性能比较
| 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 | 37.6 | 25.6 | 155 | 188 |
| 改性CaCO3 | 34.7 | 23.9 | 125 | 184 |
实施例2
本实施例说明硬质PVC试片测试结果比较，用普通碳酸钙与改性碳酸钙制取硬质试片，配方：PVC 100份；复合稳定剂5份；DOP 3份；普通CaCO3或改性CaCO3 15份在INSTRON4302型万能材料试验机上测试，结果见表2所示。
由表2可见，在同样添加量的情况下，PVC硬质品，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。
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 | 50.812 | 22.564 | 44.673 | 2625.24 |
| 改性CaCO3 | 52.342 | 43.472 | 105.762 | 2756.13 |
实施例3
本实施例说明软质PVC试片测试结果比较，用普通碳酸钙与改性碳酸钙制取硬质试片，配方：PVC 100份；复合稳定剂6份；DOP 4份；普通CaCO3或改性CaCO3 100份在INSTRON4302型万能材料试验机上测试，结果见表3所示。
由表3可见，在同样添加量的情况下，PVC软质品，使用改性碳酸钙，试片的力学性能都明显优于普通碳酸钙。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，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。
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 | 7.02 | 6.83 | 47.632 | 2625.24 |
| 改性CaCO3 | 7.34 | 6.96 | 108.721 | 2756.13 |
Claims (4)
1.一种利用改性碳酸钙制备PVC的方法，其特征在于：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10 min出料备用；混合料用双辊炼塑机进行塑炼，软片在165℃下充分塑化6 min，硬片在190℃充分塑化8 min，制成0.5 mm厚的薄片，室温下放置24 h切割成哑铃形试样备测试。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于改性碳酸钙的表面处理方法：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％添加JL-GO1型改性剂，升温至100℃，搅拌8 min出料备用。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于碳酸钙和改性碳酸钙分别按配方混料，室温放置8 h后用PLE331型转矩流变仪进行流变实验。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于权利1所述的拉伸试样在切样机上用切样刀制成，拉伸性能按GB/T 1040-92标准在4302型Instron电子万能材料试验机上进行测定。
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