納米CaCO3 聚合物復合材料在建筑材料上的應用

1、.：.；納米CaCO3/聚合物復合資料及其在建筑塑料中的運用研討北京化工大學資料科學與工程學院 王國全 趙紅英北京化工大學教育部超重力工程研討中心 陳建峰 曾曉飛 摘 要：研討了納米CaCO3/PVC/CPE以及納米CaCO3/PP/SBS復合資料的力學性能，結(jié)果闡明：納米CaCO3對PVC共混體系具有顯著的增韌效果，對PP共混體系也有一定的增韌效果。并研討了納米CaCO3 /PVC/CPE 復合資料在PVC門窗異型材中的運用。 關(guān)鍵詞：納米CaCO3；PVC；PP；增韌；復合資料；PVC門窗異型材 1 前 言 由于納米粒子具有宏大的比外表積和特殊的外表特性，因此具有一系列特殊性能。采用納米無

2、機粒子制備聚合物基復合資料，可獲得補強、增韌等改性效果。在各種納米級無機粒子中，納米級CaCO3因其運用前景廣泛且價錢較低，而遭到了更多的關(guān)注。北京化工大學教育部超重力工程研討中心采用超重力法研制了納米級 CaCO3，并已勝利地實現(xiàn)了工業(yè)化消費 。 研討納米 CaCO3增韌PVC及PP復合資料。采用納米 CaCO3粒子無機剛性粒子對聚合物進展增韌，屬于非彈性體增韌體系。與單純采用彈性體如CPE、SBS等的增韌改性相比，采用納米 CaCO3粒子增韌有諸多優(yōu)越性。傳統(tǒng)的彈性體增韌，在提高資料韌性沖擊強度的同時，會使其剛性模量下降。而采用納米粒子進展增韌，那么可使塑料的韌性和剛性得到全面提高。 2

3、實 驗 由于納米CaCO3增韌PVC及PP體系屬于非彈性體增韌，要求基體本身具有一定的韌性，故P VC或PP中應添加少量彈性體，在PVC中可添加CPE，在PP中可添加SBS。本研討制備了納米CaCO3/PVC/CPE復合資料及納米CaCO3/PP/SBS 復合資料，結(jié)果闡明，納米CaCO3粒子的添加使資料獲得了顯著的增韌效果。并將納米 CaCO3/PVC/CPE復合資料運用于PVC門窗異型材，使PVC門窗異型材的性能得到了全面的提高。 2.1 原資料 1納米CaCO3：北京化工大學超重力工程技術(shù)研討中心采用超重力法技術(shù)制成，平均粒徑30nm，對其進展?jié)穹ㄍ獗砀男院?，又進一步進展了預處置。 2P

4、VC樹脂：SG5型，北京化工二廠消費。 3氯化聚乙烯CPE：氯含量36。 4PP樹脂：新疆克拉瑪依石化公司消費。 5SBS：岳陽石化公司消費。 6其它各種助劑穩(wěn)定劑、加工助劑：均為工業(yè)級。 2.2 實驗設(shè)備及方法 實驗室小試制備的納米CaCO3/聚合物復合資料樣品，采用單螺桿擠出制樣機制樣。沖擊性能測試采用簡支梁沖擊實驗機，測試方法按GB 104379進展。拉伸及彎曲性能測試采用Instron拉伸實驗機。 PVC門窗異型材工業(yè)性實驗在異型材消費廠進展；性能測試按照GB88141998的規(guī)定進展。 3 結(jié)果與討論 3.1 納米CaCO3/PVC/CPE復合資料的抗沖擊性能 表1 納米CaCO3用

5、量與PVC/CPE缺口沖擊強度的關(guān)系樣品編號主要物料用量(質(zhì)量份)缺口沖擊強/(kJ/m2)度PVC納米CaCO3CPE11000814.921004853.731008881.4 研討了納米CaCO3的不同用量對納米CaCO3/PVC/CPE復合資料的缺口沖擊強度的影響。采用單螺桿擠出制樣機制備單缺口樣條，測試方法按GB104379進展，結(jié)果如表1所示。 表1結(jié)果闡明，隨著納米CaCO3參與量的增大，試樣的缺口沖擊強度顯著增大。當PVC：納米CaCO3：CPE的質(zhì)量比為100：8：8時，復合資料試樣的缺口沖擊強度可到達814kJ/m2，比不加納米CaCO3的試樣提高了4.46倍，這闡明納米C

6、aCO3對PVC復合資料有顯著 的增韌作用。 為提高納米CaCO3/聚合物復合資料的性能，關(guān)鍵是要使納米粒子在聚合物中分散均勻。 然而納米粒子的外表能很高，假設(shè)將未經(jīng)適當處置的納米 CaCO3直接添加到聚合物中，納米粒子極易聚體成團，無法發(fā)揚增韌作用。本研討采用特殊的外表處置劑對納米CaCO3顆粒進展外表改性，并進一步進展了預處置，制備的改性納米CaCO3對PVC/CPE有顯著的增韌效果。 3.2 納米CaCO3/PVC/CPE復合資料的拉伸及彎曲性能 納米CaCO3/PVC/CPE復合資料的拉伸強度、斷裂伸長率及彎曲彈性模量如表2所示。表2 納米CaCO3/PVC/CPE復合資料的拉伸及彎曲

7、性能樣品編號主要物料用量(質(zhì)量份)拉伸強度/MPa斷裂伸長率/彎曲彈 性模量/MPaPVC納米CaCO3CPE11000838.861218021008838.61472210 從表2可以看出，添加納米CaCO3的試樣，與未添加納米CaCO3的試樣相比，彎曲彈性模 量有所添加。與表1數(shù)據(jù)對照，添加納米CaCO3 使沖擊強度和彎曲彈性模量同時得到了提 高，這正是納米CaCO3粒子增韌的優(yōu)點。從表2中還可以看出，添加納米CaCO3的試樣，與未添加納米CaCO3的試樣相比，拉伸強度根本持平；而斷裂伸長率明顯提高。 3.3 納米CaCO3/PP/SBS 復合資料的抗沖擊性能 納米CaCO3/PP/SB

8、S 復合資料的缺口沖擊強度如表3所示。表3 納米CaCO3/PP/SBS 復合資料的缺口沖擊強度樣品編號主要物料用量(質(zhì)量份)缺口沖 擊強度/(kJ/m2)PP納米CaCO3SBS41000014.6510001046.8610021054.2 實驗結(jié)果闡明，在PP/SBS共混體系中添加2份納米CaCO3后，缺口沖擊強度由46.8 kJ/m2提高3到54.2 kJ/m2，提高了15.8，闡明納米CaCO3對PP也有一定的增韌作用。 3.4 納米CaCO3/PVC復合門窗異型材的性能 在異型材消費廠進展了納米CaCO3 /PVC復合門窗異型材的工業(yè)性實驗。將2.6份經(jīng)預處置的納米CaCO3添加于

9、工業(yè)性試消費配方中，擠出了80系列推拉窗框型材。型材的性能由 國家化學建材測試中心測試，測試結(jié)果如表4所示。表4 納米CaCO3/PVC復合門窗異型材的性能 項 目國標要求測試結(jié)果硬度/HRR8592.2拉伸屈服強度/Mpa37.042.6斷裂伸長率100157彎曲彈性模量/Mpa19602567簡支梁缺口沖擊強度(232)/(kJ/m2)4062.4簡支梁缺口沖擊強度(-101)/(kJ/m2)1572.0維卡軟化溫度/8385.4氧指數(shù)3845.5低溫落錘沖擊破壞/(個/10次)1/100/10加熱后形狀無氣泡、裂痕、麻點無氣泡、裂痕、麻點加熱后尺寸變化率/2.5-2.3 經(jīng)實驗，添加納米CaCO3的型材在保證低溫落錘沖擊性能的同時，簡支梁缺口沖擊強度、拉伸強度、斷裂伸長率、率曲彈性模量與未添加納米CaCO3的型材相比都有明顯提高。 納米CaCO3/PVC/CPE復合資料還可運用于PVC管材。經(jīng)進一步研討開發(fā)，納米CaCO3/PP/ SBS復合資料也可在PP管材中獲得運用。 4 結(jié) 論 1納米CaCO3/PVC/CPE復合資料的缺口沖擊強度到達81.4 kJ/m2，比未添加納米CaCO3的PVC/CPE復合體系提高4.46倍，闡明納米CaCO3對PVC/CPE有顯著的增韌作用；同時 ，復合資料的彎曲彈性模量也得到提高，闡明納米