塑料工業(yè)中使用的碳酸鈣,是以機械方法或化學方法加工碳酸鹽礦物而制得的粉體材料[1].由于碳酸鈣是無機物質(zhì),樹脂是有機物質(zhì),二者親和性差,在加工中極易出現(xiàn)因碳酸鈣分散不均勻而造成碳酸鈣高填充樹脂的力學性能下降及表面質(zhì)量較差的現(xiàn)象,因此必須對碳酸鈣進行活化改性處理[2].以往活化碳酸鈣使用的是單烷氧型鈦酸酯偶聯(lián)劑,雖然效果較為理想,目前仍在廣泛使用,但其對生態(tài)環(huán)境和人體健康的影響(鈦酸酯類偶聯(lián)劑有導致肝癌的作用)已越來越引起發(fā)達國家的重視,美國已制定了有關(guān)鈦酸酯在橡皮奶嘴和玩具等制品中含量的嚴格規(guī)定.福建師范大學章文貢等研制的鋁酸酯偶聯(lián)劑,已取得美國專利(U.S.P4539049).與鈦酸酯類偶聯(lián)劑相比,鋁酸酯具有色澤淺、氣味小、無毒、較高協(xié)同性和潤滑性、價格低廉等優(yōu)點,使替代大量的鈦酸酯偶聯(lián)劑成為可能.本文介紹了鋁酸酯偶聯(lián)劑對PVC復合材料的有關(guān)力學性能的研究結(jié)果.
1 實驗
1.1 儀器及材料GH—10高速混合機,北京塑料機械廠;SK—160B雙輥筒煉塑機,上海橡膠機械廠;SL—45壓力成型機,上海第一橡膠機械廠;CP—25裁樣機,上?；C修四廠;XLL—250拉力實驗機,廣州材料實驗機廠.鈦酸酯偶聯(lián)劑TC—F,中科院上海有機所;鋁酸酯偶聯(lián)劑DL—411—AF,福建師范大學高分子實驗廠;聚氯乙烯(pvc),SG3,北京化工二廠;輕質(zhì)超細碳酸鈣,實驗品;重質(zhì)超細碳酸鈣,工業(yè)級;重質(zhì)微粉碳酸鈣,工業(yè)級.
1.2 實驗方法干燥碳酸鈣使其含水量低于0.2%,然后放入60～70℃的高速捏合機中進行改性,分3次加入預先配制的計量偶聯(lián)劑溶液,每次間隔3～4min;最后一次加入偶聯(lián)劑3～4min后停止攪拌,冷卻,出料備用.改性時間約需15min.將PVC樹脂與各種助劑根據(jù)重量份數(shù)比的配方要求稱量,依試樣要求加入一定量的碳酸鈣粉,在高速攪拌器(不加熱)中混合均勻,而后進行混煉、壓制、制樣,用于測試力學性能.將雙輥混煉所制片料制成約3mm×3mm×3mm的粒料,用于流變性能的測試.限于篇幅,本文只介紹力學性能的研究結(jié)果.
2 結(jié)果及討論
與鈦酸酯類偶聯(lián)劑相比,鋁酸酯在常溫下多呈現(xiàn)軟臘狀或固態(tài),不便均勻分散,因此確定最佳活化工藝,是充分發(fā)揮偶聯(lián)劑活化效率的關(guān)鍵.由同一種聚氯乙烯配方,通過填充經(jīng)鋁酸酯和鈦酸酯活化與未活化的微粉碳酸鈣制得一組試樣,測定其力學性能.圖1是鋁酸酯活化碳酸鈣與未活化碳酸鈣對PVC/CaCO3復合材料拉伸強度的影響曲線,圖2是分別由鋁酸酯和鈦酸酯活化與未活化碳酸鈣對復合材料拉伸強度的影響曲線,圖3是鋁酸酯活化碳酸鈣填充量對材料斷裂伸長率的影響曲線.
由圖1可知,在一定范圍內(nèi),隨著碳酸鈣填充量的增加,經(jīng)活化與未活化材料的拉伸強度都有上升,如AB段和AC段所示.但隨著碳酸鈣填充量的進一步增加,兩種材料的拉伸強度均有所下降,但鋁酸酯的加入大大延緩了這種下降趨勢,如圖1中曲線的BD段和CE段.從圖1中還可以看出,由鋁酸酯偶聯(lián)劑活化的碳酸鈣填充約55份時,材料的拉伸強度與未加填料的空白樣相當.這個值遠大于未活化碳酸鈣的相應值(約20份),即使與鈦酸酯偶聯(lián)劑活化的碳酸鈣填充量約50份(圖2)相比,也是比較高的.在鋁酸酯分子(C3H7O)xAl·(OCOR1)m(OCOR2·COOR3)n(OAB)y中含有異丙氧基(C3H7O—),異丙氧基與碳酸鈣表面的質(zhì)子作用而生成異丙醇(C3H7OH),使鋁酸酯在填料表面形成了單分子層.鋁原子的另一端為有機長鏈分子,極易與聚合物大分子發(fā)生纏繞,增加碳酸鈣與聚氯乙烯的相容性,而具有界面粘合作用.由圖2可知,與未經(jīng)偶聯(lián)劑活化的碳酸鈣相比,鋁酸酯大大增加了體系的拉伸強度.由圖3可知,隨著碳酸鈣的增加,斷裂伸長率總體上呈降低趨勢,但在碳酸鈣起增強作用的部分,如圖中的AB段降低很少.從圖1可知,在這段區(qū)域內(nèi),PVC/CaCO3的拉伸強度均比未添加碳酸鈣時的高,說明碳酸鈣可增強復合材料的力學性能.
3 結(jié)論
(1)碳酸鈣無論是否經(jīng)過表面的活化處理,對材料都有一定的補強作用.
(2)鋁酸酯活化碳酸鈣填充PVC材料的拉伸性能遠優(yōu)于未活化碳酸鈣的.
(3)隨著碳酸鈣填充量的進一步增加,材料的拉伸強度呈下降趨勢.
(4)活化碳酸鈣對PVC/CaCO3材料的斷裂伸長率影響較大.
