纳米CaCO3 聚合物复合材料在建筑材料上的应用

1、.：.；纳米CaCO3/聚合物复合资料及其在建筑塑料中的运用研讨北京化工大学资料科学与工程学院 王国全 赵红英北京化工大学教育部超重力工程研讨中心 陈建峰 曾晓飞 摘 要：研讨了纳米CaCO3/PVC/CPE以及纳米CaCO3/PP/SBS复合资料的力学性能，结果阐明：纳米CaCO3对PVC共混体系具有显著的增韧效果，对PP共混体系也有一定的增韧效果。并研讨了纳米CaCO3 /PVC/CPE 复合资料在PVC门窗异型材中的运用。 关键词：纳米CaCO3；PVC；PP；增韧；复合资料；PVC门窗异型材 1 前 言 由于纳米粒子具有宏大的比外表积和特殊的外表特性，因此具有一系列特殊性能。采用纳米无

2、机粒子制备聚合物基复合资料，可获得补强、增韧等改性效果。在各种纳米级无机粒子中，纳米级CaCO3因其运用前景广泛且价钱较低，而遭到了更多的关注。北京化工大学教育部超重力工程研讨中心采用超重力法研制了纳米级 CaCO3，并已胜利地实现了工业化消费 。 研讨纳米 CaCO3增韧PVC及PP复合资料。采用纳米 CaCO3粒子无机刚性粒子对聚合物进展增韧，属于非弹性体增韧体系。与单纯采用弹性体如CPE、SBS等的增韧改性相比，采用纳米 CaCO3粒子增韧有诸多优越性。传统的弹性体增韧，在提高资料韧性冲击强度的同时，会使其刚性模量下降。而采用纳米粒子进展增韧，那么可使塑料的韧性和刚性得到全面提高。 2

3、实 验 由于纳米CaCO3增韧PVC及PP体系属于非弹性体增韧，要求基体本身具有一定的韧性，故P VC或PP中应添加少量弹性体，在PVC中可添加CPE，在PP中可添加SBS。本研讨制备了纳米CaCO3/PVC/CPE复合资料及纳米CaCO3/PP/SBS 复合资料，结果阐明，纳米CaCO3粒子的添加使资料获得了显著的增韧效果。并将纳米 CaCO3/PVC/CPE复合资料运用于PVC门窗异型材，使PVC门窗异型材的性能得到了全面的提高。 2.1 原资料 1纳米CaCO3：北京化工大学超重力工程技术研讨中心采用超重力法技术制成，平均粒径30nm，对其进展湿法外表改性后，又进一步进展了预处置。 2P

4、VC树脂：SG5型，北京化工二厂消费。 3氯化聚乙烯CPE：氯含量36。 4PP树脂：新疆克拉玛依石化公司消费。 5SBS：岳阳石化公司消费。 6其它各种助剂稳定剂、加工助剂：均为工业级。 2.2 实验设备及方法 实验室小试制备的纳米CaCO3/聚合物复合资料样品，采用单螺杆挤出制样机制样。冲击性能测试采用简支梁冲击实验机，测试方法按GB 104379进展。拉伸及弯曲性能测试采用Instron拉伸实验机。 PVC门窗异型材工业性实验在异型材消费厂进展；性能测试按照GB88141998的规定进展。 3 结果与讨论 3.1 纳米CaCO3/PVC/CPE复合资料的抗冲击性能 表1 纳米CaCO3用

5、量与PVC/CPE缺口冲击强度的关系样品编号主要物料用量(质量份)缺口冲击强/(kJ/m2)度PVC纳米CaCO3CPE11000814.921004853.731008881.4 研讨了纳米CaCO3的不同用量对纳米CaCO3/PVC/CPE复合资料的缺口冲击强度的影响。采用单螺杆挤出制样机制备单缺口样条，测试方法按GB104379进展，结果如表1所示。 表1结果阐明，随着纳米CaCO3参与量的增大，试样的缺口冲击强度显著增大。当PVC：纳米CaCO3：CPE的质量比为100：8：8时，复合资料试样的缺口冲击强度可到达814kJ/m2，比不加纳米CaCO3的试样提高了4.46倍，这阐明纳米C

6、aCO3对PVC复合资料有显著 的增韧作用。 为提高纳米CaCO3/聚合物复合资料的性能，关键是要使纳米粒子在聚合物中分散均匀。 然而纳米粒子的外表能很高，假设将未经适当处置的纳米 CaCO3直接添加到聚合物中，纳米粒子极易聚体成团，无法发扬增韧作用。本研讨采用特殊的外表处置剂对纳米CaCO3颗粒进展外表改性，并进一步进展了预处置，制备的改性纳米CaCO3对PVC/CPE有显著的增韧效果。 3.2 纳米CaCO3/PVC/CPE复合资料的拉伸及弯曲性能 纳米CaCO3/PVC/CPE复合资料的拉伸强度、断裂伸长率及弯曲弹性模量如表2所示。表2 纳米CaCO3/PVC/CPE复合资料的拉伸及弯曲

7、性能样品编号主要物料用量(质量份)拉伸强度/MPa断裂伸长率/弯曲弹 性模量/MPaPVC纳米CaCO3CPE11000838.861218021008838.61472210 从表2可以看出，添加纳米CaCO3的试样，与未添加纳米CaCO3的试样相比，弯曲弹性模 量有所添加。与表1数据对照，添加纳米CaCO3 使冲击强度和弯曲弹性模量同时得到了提 高，这正是纳米CaCO3粒子增韧的优点。从表2中还可以看出，添加纳米CaCO3的试样，与未添加纳米CaCO3的试样相比，拉伸强度根本持平；而断裂伸长率明显提高。 3.3 纳米CaCO3/PP/SBS 复合资料的抗冲击性能 纳米CaCO3/PP/SB

8、S 复合资料的缺口冲击强度如表3所示。表3 纳米CaCO3/PP/SBS 复合资料的缺口冲击强度样品编号主要物料用量(质量份)缺口冲 击强度/(kJ/m2)PP纳米CaCO3SBS41000014.6510001046.8610021054.2 实验结果阐明，在PP/SBS共混体系中添加2份纳米CaCO3后，缺口冲击强度由46.8 kJ/m2提高3到54.2 kJ/m2，提高了15.8，阐明纳米CaCO3对PP也有一定的增韧作用。 3.4 纳米CaCO3/PVC复合门窗异型材的性能 在异型材消费厂进展了纳米CaCO3 /PVC复合门窗异型材的工业性实验。将2.6份经预处置的纳米CaCO3添加于

9、工业性试消费配方中，挤出了80系列推拉窗框型材。型材的性能由 国家化学建材测试中心测试，测试结果如表4所示。表4 纳米CaCO3/PVC复合门窗异型材的性能 项 目国标要求测试结果硬度/HRR8592.2拉伸屈服强度/Mpa37.042.6断裂伸长率100157弯曲弹性模量/Mpa19602567简支梁缺口冲击强度(232)/(kJ/m2)4062.4简支梁缺口冲击强度(-101)/(kJ/m2)1572.0维卡软化温度/8385.4氧指数3845.5低温落锤冲击破坏/(个/10次)1/100/10加热后形状无气泡、裂痕、麻点无气泡、裂痕、麻点加热后尺寸变化率/2.5-2.3 经实验，添加纳米CaCO3的型材在保证低温落锤冲击性能的同时，简支梁缺口冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率、率曲弹性模量与未添加纳米CaCO3的型材相比都有明显提高。 纳米CaCO3/PVC/CPE复合资料还可运用于PVC管材。经进一步研讨开发，纳米CaCO3/PP/ SBS复合资料也可在PP管材中获得运用。 4 结 论 1纳米CaCO3/PVC/CPE复合资料的缺口冲击强度到达81.4 kJ/m2，比未添加纳米CaCO3的PVC/CPE复合体系提高4.46倍，阐明纳米CaCO3对PVC/CPE有显著的增韧作用；同时 ，复合资料的弯曲弹性模量也得到提高，阐明纳米