新型功能性改质性铝酸酯偶联剂CB01改性碳酸钙在PVC制品中的应用

摘要 本文主要介绍了新型功能性改质剂铝酸酯偶联剂对碳酸钙表面处理及其在PVC体系中的应用。

关键词 功能性改质剂 铝酸酯偶联剂 碳酸钙 表面处理

一、前言

碳酸钙作为橡塑制品的填料在降低成本的同时也是塑料改性的重要手段之一，在塑料加工中加入各种适合的填料，可以提高制品的刚性、耐磨性、硬度、耐候性、尺寸稳定性等性能，并可降低制品的成本。但塑料与填料的极性差异大，亲和性差，在混料的过程中造成有机相与无机相力学失衡，使高聚物内部分散不均匀，造成制品内部应力集中，界面粘结力下降，直接造成制品的物理机械性能（如：拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率等）下降；如何利用碳酸钙降低成本，提高树脂利用率，保证制品品质达到其使用要求，解决问题的关键是：1、保证各原料界面相达到力学平衡，尤其作为填料的无机物能均匀分散在体系中，2、分散于树脂基体中的刚性粒子的表面弹性体界面相的存在。

在保证制品各项性能的情况下，提高碳酸钙表面性能，提高填充用量，解决填料分散和材料间界面问题，其关键技术是碳酸钙表面活性剂的选择和表界面处理工艺技术。目前在碳酸钙活化处理过程中所使用的表面活性剂一般有机链较短，处理的碳酸钙表面和树脂之间不能形成良好的界面层，在体系中碳酸钙用量添加的情况下，界面层有效浓度明显降低，更重要的是在碳酸钙表面不能形成均匀有效的弹性体，导致塑料制品机械性能明显下降，也有一些厂家用其它助剂（如：硬脂酸、聚乙烯蜡等）对碳酸钙进行表面处理，其性能更是不能满足塑料制品的使用要求。

如何对碳酸钙表面更有效的处理，使碳酸钙能满足塑料制品加工的需要，降低成本，提高性能是我们一直所研究的内容，为了使碳酸钙能更有效的应用于PVC制品中，进一步完善并提高制品性能，康高特在原有改质剂C101的基础上进一步开发了新型功能性改质剂铝酸酯偶联剂CB01，该种改质剂铝酸酯偶联剂用于碳酸钙的表面处理，有效的提高碳酸钙表面性能，更有效的解决了体系分散和界面相的问题，应用于PVC制品中，在适量增加填充情况下仍能保持优异的性能，目前在工业上已得到很好应用。

二、实验部分

1、实验原料

PVC树脂 齐鲁石化SG-7

CPE 山东亚星

钛白粉 杜邦

ACR-401 苏州安利

轻质碳酸钙 萍乡安源科技实业

硬脂酸1801 马来西亚

钛酸酯偶联剂 南京NDZ-201

铝酸酯偶联剂 福州DL-411-F

铝酸酯偶联剂C101 康高特

功能性铝酸酯偶联剂CB01 康高特

稳定剂FWR-XC-B 协和化学

2、实验设备

带加热高速混料机 自制

二辊开炼机SK-160 无锡橡塑机械厂

万能材料试验机 INSTRON4466

转矩流变仪 RM-200

3、碳酸钙的处理

3.1所用助剂添加量

3.2碳酸钙表面处理方法

在高速混合机中加入水份小于0.3%的轻质碳酸钙100份，再依次分别加入上表中各助剂，分别在110℃下高速搅拌20分钟，出料冷却备用。

4、分散性能

碳酸钙是PVC加工中应用最广泛的填料，碳酸钙在体系中更有效的发挥作用，最重要的条件之一是：碳酸钙能保持良好的粒径分布，并能均匀的分散于体系中，为此我们用改质剂处理的碳酸钙与其它助剂处理的碳酸钙在电镜下作以对比：

从图中可以明显的看出，普通轻质碳酸钙（左图）的粒子分布范围广，较高的表面能使碳酸钙粒子团聚形成较大碳酸钙粒子；而且功能性铝酸酯偶联剂在管件中的应用CB01处理的碳酸钙（右图）有效的解决碳酸钙粒子团聚的问题，使碳酸钙粒子能够在体系中均匀的分散。

5、试片的制备

5.1试片制备的配方

注:碳酸钙分别用上面助剂所处理的碳酸钙,分别为1#-5#

5.2试片的混料

分别用3.2处理的碳酸钙按5.1配方加入高速混合机，分别在120℃高速搅拌7分钟，出料冷却备用。

5.3试片的制取

将5.2的混料在165-170℃的双辊筒炼机上进行塑炼，时间为6分钟，将试片制成0.4mm试验样，放置24小时后，以备测试用。

6、机械性能测试结果和分析

将5.3试样制成哑铃形试片，用万能材料试验机检测其力学性能，测试结果如下表1：

从表1中的测试结果可以看出，改质剂C101处理的轻质碳酸钙和新型功能性改质剂铝酸酯偶联剂CB01处理的碳酸钙用于PVC配方体系，制品的力学性能得到进一步改善和提高，特别是新型功能性铝酸酯偶联剂在管件中的应用-CB01处理的碳酸钙用于PVC配方体系中，其制品的屈服强度、断裂伸长率、抗冲击性能以及弯曲模量的有了很大的提高，这说明经过新型铝酸酯偶联剂在管件中的应用CB01处理的轻质碳酸钙用于PVC体系中，包覆在碳酸钙表面的弹性体与PVC基体之间能够很好的相容，形成理想的界面层，提高了界面层的粘结力，因此，改变了以往只有添加弹性体才能提高材料韧性的传统观念；改变了以往在填充改性塑料时必须以牺牲制品某种力学性能为代价，改变了塑料的力学性能随填充量的增加而下降的情况；使碳酸钙等传统的无机粉体填料变成可显著提高塑料性能的一种功能性材料。

三、工业应用

1、在型材中的应用

1.1扭矩流变测试

选用5#配方按3.2处理工艺处理的碳酸钙在型材上实际应用，将原型材配方体系中的碳酸钙13份用25份5#配方处理的碳酸钙替代，其它原料不变的情况下，两种配方做流变对比分析，结果如下：

1.2挤出机实际生产

按配方在加工工艺条件基本不变的情况下实际生产T80框异型材，其制品检测结果如下：

2、在管件中的应用

选用5#配方按3.2处理工艺处理碳酸钙在排水管件上实际应用，将原排水管件体系中的碳酸钙8份用30份5#配方处理的碳酸钙替代，在其它配方和工艺基本不变的情况下生产直径110的90度弯头，其制品检测结果如下：

3、活性碳酸钙在PVC制品中的分散

为了进一步了解用改质剂铝酸酯偶联剂在管件中的应用处理的碳酸钙在PVC制品当中的分散情况，我们在PVC型材和管件制品上分别取片样，在SEM电镜下观测碳酸钙在制品中的状态，如图：

从以上的实际应用和电镜照片可以看出，经过我公司新型功能铝酸酯偶联剂在管件中的应用CB01处理的轻质碳酸钙应用于PVC制品中，能促使无机填料碳酸钙均匀分散于体系中，达到增强增韧的效果，使PVC体系在保证制品性能的情况下，可以有效的提高填充量，理好的解决了由于填料增加而造成制品机械性能下降的问题。

四、结论

（1）新型功能性改质剂铝酸酯偶联剂在管件中的应用CB01处理的碳酸钙，具有偶联增强的作用，有极好的表面改性效果，在体系增加填充量的情况下，其制品仍能保持优异的机械性能；

（2）新型功能性改质剂铝酸酯偶联剂在管件中的应用CB01处理的碳酸钙，与PVC树脂基体有很好相容性，促使体系界面层的形成，增加界面层粘结力，达到增强增韧的效果。

（3）新型功能性改质剂铝酸酯偶联剂在管件中的应用CB01处理的碳酸，酸在PVC体系中能分散均匀，促进塑化，具有优异的加工性能，使制品表面更加光洁细腻。