广源2014非织造布会议论文-填充母粒的制备VIP

1、聚丙烯填充母粒的制备及性能研究李海滨1，邹检生1，彭鹤松1，冯才敏2（1. 江西广源化工有限责任公司，江西吉安，331500；2. 顺德职业技术学院应用化工技术系，广东佛山，528333）摘要：制备了一系列不同碳酸钙含量的聚丙烯填充母粒，并将这些填充母粒添加到聚丙烯中制备成聚丙烯/碳酸钙复合材料（PP/CC），研究了填充母粒和PP/CC复合材料的力学性能。结果表明，母粒的熔体流动速率随碳酸钙的增加而下降，随着目数的增大而减慢；母粒的冲击强度随碳酸钙目数的变化影响不大，但是CC-2500略优于CC-1500和CC-2800；拉伸随着碳酸钙用量的增大其拉伸强度逐渐下降；弯曲强度则是添加量为80%的

2、母粒优于其他碳酸钙含量的母粒；将填充母粒添加到PP中，CC-2800有较高的冲击强度，而CC-2500有较高的弯曲和拉伸强度。关键词：碳酸钙，填充母粒，聚丙烯，力学性能中图分类号：TQ320.72+1 文献标识码：A 文章编号：前言：碳酸钙以其价格低廉、色泽洁白、综合性能良好而成为塑料制品中广泛使用的无机填料。将碳酸钙制成填充母料用于塑料制品生产具有简化工艺过程、改善混炼效果、提高生产效率、减少粉尘飞扬等优势1，因此，受到很多加工企业的青睐。高填充碳酸钙母料可用于挤出管材、薄膜、注塑件和中空制品的生产2-3。到目前为止，该填充母料从理论研究到开发生产、应用已是一较成熟的技术课题。母料的基本微粒

3、单元由四个部分组成，即填料核、偶联层、分散层和增混层。填料核(本文系指CaCO3) 主要起到增容、提高刚性、降低成本等作用。偶联层主要是由对填料核和树脂同时起到化学和物理作用的偶联剂及少量交联剂组成，它可以改善填料与树脂间的结合力。分散层主要是由低聚物及分散剂构成，它的作用是能使处理好的粉末状填料(CaCO3) 在制作母料的造粒过程中较好、较多地与增混剂混合并制成颗粒，同时对改善填充母料与树脂体系的流动性、避免无机填料聚团、提高制品表面光洁度等方面起到关键作用。增混层主要是由与要填充的树脂有很好的相容性并有一定的力学性能的树脂和(或)具有一定的双键的共聚物构成，由于这一层的量比较大，它直接与要

4、填充的树脂接触、混容，因此对体系的力学性能影响很大4。为了更好的推广本公司的产品，本文采用公司生产的CC-1500、CC-2500和CC-2800碳酸钙产品制备了碳酸钙母粒，对母粒的熔体流动性和力学性能进行了分析，并将填充母粒添加到聚丙烯中，进行聚丙烯的填充改性，分析了碳酸钙对PP的填充改性效果。1 实验部分1.1实验原料碳酸钙，江西广源化工有限责任公司产品，牌号分别为：CC-1500、CC-2500和CC-2800，对应为1500目、2500目和2800目产品；聚乙烯蜡（PEw），青岛邦尼化工有限公司产品；硬脂酸锌，市售产品；GSG，江西宏远化工有限公司产品；聚丙烯（PP），牌号，K1840

5、，中国石化北京燕山分公司；抗氧剂1010，市售产品。1.2 主要仪器及设备粒度分析仪：POP-IV型，珠海欧美克仪器有限公司；双螺杆挤出机组：SHJ-36型，L/D=50，D=35.5mm，南京杰恩特机电有限公司；注塑机：ZX-80型，震雄集团公司；白度仪：DN-B型，杭州高新自动化仪器仪表有限公司；万能力学性能实验机：CMT6104型，美斯特工业系统（中国）有限公司；冲击试验机：ZBC1400-B型，美斯特工业系统（中国）有限公司；熔体流动速率仪：ZRZ1452型，美斯特工业系统（中国）有限公司。1.3 实验配方表1 CC-1500碳酸钙填充母粒配方母粒配方样品名称CaCO3（kg）PP（k

6、g）铝酸酯（kg）PE蜡（kg）硬脂酸锌（kg）CC-1500 1#3.751.000.10.050.1CC-1500 2#40.750.10.050.1CC-1500 3#4.250.50.10.050.1表2 CC-2500碳酸钙填充母粒配方母粒配方样品名称CaCO3（kg）PP（kg）PE蜡（kg）B4B（kg）硬脂酸锌（kg）CC-2500 1#3.751.000.050.10.1CC-2500 2#40.750.050.10.1CC-2500 3#4.250.50.0250.1250.1表3 CC-2800碳酸钙填充母粒配方母粒配方样品名称CaCO3（kg）PP（kg）PE蜡（kg）

7、B4B（kg）硬脂酸锌（kg）CC-2800 1#3.751.000.050.10.1CC-2800 2#4.000.750.050.10.1CC-2800 3#4.250.50.0250.1250.11.4 材料的制备首先，将碳酸钙加入到高速混合机中，搅拌15min，当温度达到100，加入B4B改性剂，混合10-15min，使B4B改性剂与碳酸钙充分反应，然后再加入其他助剂和载体树脂，混合10分钟后，冷却出料；再将混合好的原料加入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，加工温度为：160-200；将粒料注塑成标准样条进行力学性能测试。1.5 性能测试粒度分析：超声120 S，分散介质为水；白度测试：按

8、GB/ 3978-83测试；拉伸性能测试：按GB/T1040-1992测试；弯曲性能测试：按GB/T9341-1988测试；简支梁缺口冲击性能测试：按GB/T1043.1-2008测试，采用2J的冲锤，跨度 40mm；悬臂梁缺口冲击性能测试：按GB/T1843-2008测试，采用2.75J的冲锤，跨度 40mm；熔体流动速率测试：按GB/T3682-2000测试，温度为200，压力为3.8Kg；2 结果与讨论2.1 碳酸钙的白度分析表4 不同目数碳酸钙白度样品名称CC-1500CC-2500CC-2800白度95.296.296.5表4为不同目数碳酸钙白度。从表4可以看出，三种碳酸钙的品种的白

9、度基本相近，都在95以上。对于填充母粒的应用来说，采用的碳酸钙白度越高越好，上述三种碳酸钙的白度都在95度以上，适合应用于填充母粒中。2.2碳酸钙的吸油量分析表5不同目数碳酸钙吸油值样品名称CC-1500CC-2500CC-2800吸油值（ml/100g）283031 表5是不同目数碳酸钙吸油值。从表5可以看出，随着碳酸钙目数的增加，碳酸钙的吸油量增加，从CC-1500的28 ml/100g提高到31 ml/100g。在塑料应用中，碳酸钙的吸油值越大，加工性能就越差，越困难。上述三种碳酸钙的吸油值符合国家标准，适合在填充母粒中的应用。2.3 碳酸钙的粒径及其分布分析表6 不同目数碳酸钙粒径与粒

10、径分布 粒径与粒径分布样品名称 D50（um）D97（um）最大粒径（um）2（um）含量（）CC-15004.1610.3019.5015.65CC-25002.927.2313.3134.10CC-28002.737.1413.3135.79 表6是不同目数碳酸钙粒径与粒径分布。从表6可以看出，随着碳酸钙目数的增加，粉体D50和D97的数值变小，并且2 um以下粉体的含量也增加。同时可以看出，CC-2500和CC-2800的差距不大，CC-2800略小。结果与粉体吸油量的分析结果相吻合，呈现相同的规律。CaCO3应用于塑料的填充改性中，粒径越小对力学性能的损害就越小，但实际应用时由于受到现

11、有设备限制，粒径过小，难以分散，不易加工。应用于填充母粒中的碳酸钙，由于对细度的要求较高，一般选用1500目以上产品。2.4 熔体流动性能分析表7 不同目数碳酸钙填充母粒流动速度样品名称流动速度g/10minCC-1500 1#96.82CC-1500 2#46.74CC-1500 3#12.47CC-2500 1#53.35CC-2500 2#24.10CC-2500 3#5.45CC-2800 1#44.13CC-2800 2#40.16CC-2800 3#14.30表7和图1是不同目数碳酸钙填充母粒流动速率。从表7和图1可以看出，相同型号的碳酸钙制得的填充母粒，碳酸钙的添加量越大，其熔体

12、流动速度越慢；在相同添加量的情况下，不同的碳酸钙同样的添加量，三者的流动速率分别为：CC-1500CC-2500CC-2800。从此可见，碳酸钙添加量越大，熔体的流动性能就越差，挤出加工也就越困难，同时，碳酸钙的目数越高，粒径越小，吸油值就越大，相应地也增加了对树脂熔体的吸附，降低了熔体的流动速率。这与粒度分布分析和吸油值的分析结果相吻合。图1 不同目数碳酸钙填充母粒的熔体流动速率2.5 材料的冲击性能分析表8 不同目数碳酸钙填充母粒冲击强度样品名称简支梁冲击强度KJ/悬臂梁冲击强度KJ/CC-1500 1#3.493.88CC-1500 2#3.474.33CC-1500 3#3.225.6

13、0CC-2500 1#3.663.63CC-2500 2#3.354.91CC-2500 3#3.895.01CC-2800 1#3.562.52CC-2800 2#3.164.99CC-2800 3#表8是不同目数碳酸钙填充母粒的冲击强度。从表8可以看出，简支梁冲击强度9个样品相差不大，而悬臂梁冲击强度有差别，相同型号的碳酸钙，随着碳酸钙用量的增加，悬臂梁冲击强度增大。CC-2800目3#样品由于注塑机样条没有打出，结果未测定，这也说明CC-2800的流动性能较差，在一定程度上影响加工性能。2.6 材料的拉伸和弯曲性能分析表9 不同目数碳酸钙填充母粒的拉伸和弯曲强度样品名称拉伸强度/MPa断

14、裂伸展率/弯曲强度/MPaCC-1500 1#18.620.2364.58CC-1500 2#15.150.2569.66CC-1500 3#13.260.2362.38CC-2500 1#19.020.1384.21CC-2500 2#18.960.1490.59CC-2500 3#16.380.1371.67CC-2800 1#19.380.1268.69CC-2800 2#15.060.1479.97CC-2800 3#12.560.1259.46 图2 不同目数碳酸钙填充母粒的拉伸性能图3 不同目数碳酸钙填充母粒的弯曲性能表9和图3是不同目数碳酸钙填充母粒的弯曲性能。从表9和图3可以看

15、出，添加相同目数的碳酸钙，随着碳酸钙用量的增大，材料的拉伸强度下降；同时，还可以看出，在相同添加量的情况下， CC-2500碳酸钙比CC-1500和CC-2800碳酸钙的拉伸强度都要好；但是三者的断裂伸长率基本相当。这说明，在此配方体系下，CC-2500与体系中的偶联剂和润滑剂匹配的较好，与基体的相容性较好，从而提高了材料的拉伸强度。同样，添加不同目数的碳酸钙，CC-2500的弯曲强度比CC-1500和CC-2800要高，并且添加三种目数的碳酸钙呈现了一个相同的趋势，即添加量为80%时，填充母粒的弯曲强度最高，比添加量为75%和85%都要高。原因是，当添加75%的碳酸钙时，体系中存在多余的润滑

16、剂，这些助剂对材料的力学性能有一定的损害；当碳酸钙的添加量为80%时，体系中的润滑助剂和偶联剂与碳酸钙有良好的匹配，从而改善碳酸钙与基体的相容性和加工性能，从而提升材料的力学性能；但当添加量增加到85%时，润滑体系和偶联剂不能很好的满足碳酸钙的需求，从而影响材料的力学性能5。2.7碳酸钙填充母粒添加到PP中的性能比较为了进一步验证笔者制备的碳酸钙母粒的分散性能和对材料力学性能的影响，我们选取了上述制备的9中碳酸钙母粒，以1:1的比例，添加到PP树脂中，熔融挤出造粒，在注塑机上制成标准样板，测试其力学性能和熔体流动速率。2.7.1 冲击强度测试表10 不同目数碳酸钙1:1添加PP中冲击强度样品名

17、称简支梁冲击强度KJ/悬臂梁冲击强度KJ/CC-1500 1:1 1#6.9685.763CC-1500 1:1 2#6.6145.947CC-1500 1:1 3#7.2396.219CC-2500 1:1 1#7.2976.153CC-25001:1 2#7.1737.146CC-2500 1:1 3#7.5837.702CC-2800 1:1 1#7.7547.267CC-2800 1:1 2#7.9267.582CC-2800 1:1 3#7.2928.805 图4 不同目数碳酸钙填充改性PP复合材料的简支梁冲击强度图5 不同目数碳酸钙填充改性PP复合材料的悬臂梁冲击强度表10和图4-

18、5是不同目数碳酸钙填充改性PP复合材料的冲击强度结果。从表10和图4的结果可以看出，添加相同的碳酸钙，在不同的添加量的情况下，复合材料的简支梁冲击强度相差不大，同时也可以看出，在相同的碳酸钙添加量情况下，CC-2800的简支梁冲击强度要高于CC-1500和CC-2500。从图5可以看出，在相同添加量的情况下，不同种类的碳酸钙对悬臂梁冲击强度影响不大，但是悬臂梁冲击强度依然呈现出CC-2800具有最好的强度。2.7.2 材料的拉伸和弯曲性能将制得的9种标准样条在万能力学实验机上测试其拉伸强度和弯曲强度，其中拉伸强度测试条件为：拉伸速度2mm/min, 弯曲强度测试条件：2mm/min, 跨度为4

19、0mm，测试结果如表11所示表11 不同目数碳酸钙1:1添加PP中拉伸强度和弯曲强度样品名称拉伸强度MPa弯曲强度MPaCC-1500 1:1 1#159.52950.835CC-1500 1:1 2#153.69751.252CC-1500 1:1 3#144.48149.356CC-2500 1:1 1#163.55150.649CC-25001:1 2#162.61254.186CC-2500 1:1 3#157.26053.080CC-2800 1:1 1#159.11552.382CC-2800 1:1 2#155.04152.791CC-2800 1:1 3#151.00351.9

20、67图6 不同目数碳酸钙填充改性PP复合材料的拉伸强度图7 不同目数碳酸钙填充改性PP复合材料的弯曲强度表11和图6-7是不同目数碳酸钙填充改性PP复合材料的拉伸和弯曲强度。从表11和图6的结果可以看出，PP复合材料的拉伸强度随着碳酸钙用量的增大而逐渐下降；在相同的用量的情况下，CC-2500目碳酸钙改性的PP复合材料比CC-1500和CC-2800目改性的PP复合材料的拉伸强度略有增加。从图7也可以看出，添加同种碳酸钙的情况下，添加量为40%时，弯曲强度最大；同时，在相同的碳酸钙添加量下，CC-2500改性的PP/CC复合材料的弯曲性能要高于CC-1500和CC-2800改性的PP/CC复合材料。 3 结论1)碳酸钙的目数越大，吸油量越大，细粉含量也就越大；2) 熔体流速速度随着碳酸钙用量的增加逐渐降低；3）相同添加