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研究进展:纳米碳酸钙形貌、添加量、共混时间等因素对PVC薄膜性能的影响
2021/09/04 点击 4534 次

中国粉体网讯


前言

 

简述近两年纳米碳酸钙在PVC薄膜中研究进展,将不同形貌纳米碳酸钙对PVC薄膜增韧效果、纳米碳酸钙对淀粉基薄膜性能的影响以及薄膜填料中纳米碳酸钙代替纳米硫酸钡后的性能影响等研究成果进行整理,与大家分享。

 

1不同形貌纳米碳酸钙对PVC薄膜增韧效果

 

由于PVC薄膜材料力学性能整体较差,在外力作用下易断裂,为提高其力学性能,董栋栋等制备了5种不同形貌碳酸钙颗粒并填充在PVC薄膜材料中,以此探究碳酸钙颗粒形貌对PVC复合材料力学性能的影响。


 

图1不同形貌碳酸钙SEM照片


1.1拉伸性能的影响

 

纯PVC薄膜的拉伸强度为15.11MPa,偏钒酸铵、聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化铵、焦磷酸钠十水、聚乙烯吡咯烷酮改性碳酸钙填充PVC复合薄膜的拉伸强度分别为22.79、22.74、24.72、27.11、21.63MPa,分别比纯PVC材料提高了1.51、1.50、1.64、1.79、1.43倍。

 

不同形貌碳酸钙填充PVC复合薄膜相比于纯PVC薄膜的拉伸强度得到显著提高。其中,PVC/焦磷酸钠十水改性碳酸钙复合薄膜的拉伸强度最高。

 

1.2拉伸面形貌分析

 

观察不同形貌碳酸钙颗粒填充PVC复合薄膜的拉伸面SEM照片可知,纯PVC薄膜材料拉伸面存在“锯齿形”断裂带;此结构的出现大大降低了PVC薄膜的韧性。

 

而碳酸钙颗粒填充PVC复合薄膜由于碳酸钙粒子填充作用使得材料拉伸面变得较为平滑,使其具有明显的微纤状拉丝,呈现为典型的韧性拉伸面。这使得PVC材料韧性和刚性得到提高。


 

图2PVC、碳酸钙复合材料拉伸面SEM照片

 

2碳酸钙对淀粉基薄膜性能的影响

 

在重视环境保护和可持续发展的当今社会,淀粉基可降解薄膜的应用前景十分可观。不过,淀粉基薄膜在实际生产中的不足在于其强度不高,需要通过一些途径改善其力学性能,赋予其更高的强度、韧度,以更好地满足人们的生产生活需要。

 

王雅平等采用分步改性再共混的方法,用流延工艺制备碳酸钙复合淀粉基薄膜,探究碳酸钙助剂对淀粉基薄膜性能的影响,并得出以下实验结论。

 

2.1不同添加量碳酸钙对碳酸钙/淀粉基薄膜力学性能的影响

 

碳酸钙添加量为0.2g时对碳酸钙/淀粉基复合薄膜的力学性能影响最为显著,薄膜的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率均有提高。因此,0.2g碳酸钙为较适的添加量。


 

图3不同碳酸钙添加量与淀粉基薄膜

 

2.2不同共混时间对碳酸钙/淀粉基薄膜的力学性能的影响

 

当碳酸钙添加量为0.2g时,共混时间选择2h最为合适。这个共混时间下碳酸钙复合淀粉基薄膜的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率较之其他更为优异,力学性能更好。

 

2.3不同共混时间对碳酸钙/淀粉基薄膜的吸湿性能影响

 

将共混时间分别为1、2、3h的薄膜切成质量相等的片状,置于湿度为80%的恒湿环境中24h进行吸湿率测试。

 

由实验结果可以看出,碳酸钙作为增强剂时的最佳条件为添加量0.2g(即占淀粉质量的4%),共混时间为2h。

 

图4不同共混时间下的碳酸钙、淀粉基薄膜

 

研究总结,当以碳酸钙作为助剂时,选择添加0.2g的碳酸钙(即占淀粉添加质量的4%)在80℃下加热搅拌1h,继续升温至90℃,共混2h为最佳条件;此时的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率分别为6.0918MPa、384.9975MPa、15.1724%。

 

3薄膜填料中纳米碳酸钙代替纳米硫酸钡

 

由于普通填料的性能问题,会对薄膜的透明性产生影响。例如,纳米硫酸钡因其透明性高、光泽度好,常用于对透明度要求较高的薄膜,但硫酸钡生产中对环境污染大,且由于其比重大,同样重量的母粒,吹出来的膜面积小,造成薄膜生产成本高。

 

图5纳米碳酸钙(A)和纳米硫酸钡(B)性能比较

 

3.1研究思路

 

而纳米碳酸钙作为一种新型的填料,粒子尺寸小,比表面积大,可增加塑料薄膜的强度,且具有比重小,制造成本低等优点。刘亚雄等对晶型控制剂、硫酸钡用量、表面改性剂配方等影响纳米碳酸钙性能的因素进行试验研究,并将纳米碳酸钙试用于PE薄膜中,为制备比重较小、分散性好、吸油值低的纳米碳酸钙提供了思路。

 

3.2纳米碳酸钙替代纳米硫酸钡性能对比

 

将试验制备的纳米碳酸钙(A)与纳米硫酸钡(B)采用同样份数进行混料、造粒制备母粒,吹膜制备薄膜,并检测其透明性和分散性。从表可以看出,采用本试验制成的纳米碳酸钙,制备的薄膜在分散性及透光率等性能上达到纳米硫酸钡指标,而母粒比重2.15g/cm3相比纳米硫酸钡母粒比重小50%以上,同样量的母粒吹膜面积大,可降低母粒的生产成本,具有良好的市场前景。

 

结语

 

纳米碳酸钙应用较成熟的行业是塑料工业,可改善塑料母料的流变性,提高其成型性。而在上述研究中,我们也发现了纳米碳酸钙在塑料行业中强大的包容性和普适性,许多种填料比它有特点,但它却也能代替许多种填料,颇有一番,“水善利万物而不争”的风采。

 

参考来源:

董栋栋,等:不同形貌碳酸钙的制备及其对PVC薄膜力学性能的影响,青海民族大学

刘亚雄,等:透明母粒用纳米碳酸钙的制备及应用效果评价,青州宇信钙业股份有限公司

王雅平,等:纳米碳酸钙复合淀粉基薄膜的制备及力学表征,鄂尔多斯职业学院

(来源:中国粉体网)


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