納米CaCO_3的表面改性及其在PVC中的應(yīng)用淺析

陸偉鋒

摘? 要：PVC是一種價(jià)格較低且應(yīng)用性能良好的工程塑料，但是由于其通常具備著韌性較差與不容易加工的特點(diǎn)，在實(shí)際的應(yīng)用之前通常需要先對(duì)其進(jìn)行增韌改性，而納米CaCO_3就是一種常見的PVC增韌劑?；诖?，本文主要就納米CaCO_3的表面改性展開分析，并闡述納米CaCO_3在PVC中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：納米CaCO_3;表面改性;PVC

引言：

由于納米CaCO_3通常存在著粒子易團(tuán)聚的特點(diǎn)，導(dǎo)致其通常很難與樹脂進(jìn)行充分的相容，在將其作為PVC增韌改性劑時(shí)，往往需要先對(duì)其表面進(jìn)行改性處理。當(dāng)前，應(yīng)用的較為廣泛的納米CaCO_3表面改性方法主要有：偶聯(lián)劑改性法、有機(jī)酸改性法、無機(jī)物改性法、以及聚合物改性法。

1.納米CaCO_3的表面改性

1.1偶聯(lián)劑改性法

由于偶聯(lián)劑改性法在實(shí)際的改性過程中通常具備著操作流程簡單且改性效果較好的特點(diǎn)，當(dāng)前已經(jīng)成為了納米CaCO_3改性方法中應(yīng)用的最為普遍的方法。運(yùn)用偶聯(lián)劑改性法對(duì)納米CaCO_3的表面進(jìn)行改性處理，主要是通過偶聯(lián)劑分子當(dāng)中的基團(tuán)與納米CaCO_3的表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并在反應(yīng)的作用下形成化學(xué)鍵合。與此同時(shí)，偶聯(lián)劑分子還可以與納米CaCO_3表面的有機(jī)高分子產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)而使納米CaCO_3可以充分的與PVC進(jìn)行相容，解決納米CaCO_3與PVC相容性不足的問題。當(dāng)前，應(yīng)用的較為廣泛的偶聯(lián)劑主要有鈦酸酯偶聯(lián)劑、復(fù)合偶聯(lián)劑、以及鋁酸酯偶聯(lián)劑。通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)納米CaCO_3的表面進(jìn)行改性處理，主要是通過偶聯(lián)劑中的親水基因與納米CaCO_3的表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米CaCO_3的表面改性目的，且如果在應(yīng)用的過程中加大偶聯(lián)劑的用量，納米CaCO_3的實(shí)際沉積體積就會(huì)隨著偶聯(lián)劑用量的加大而不斷降低。其中，應(yīng)用鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)納米CaCO_3的表面進(jìn)行改性處理時(shí)，改性劑的最佳用量通常為3%。應(yīng)用鋁酸酯偶聯(lián)劑對(duì)納米CaCO_3的表面進(jìn)行改性處理時(shí)，改性的時(shí)間通常為一小時(shí)左右，改性的最佳溫度通常為85℃，改性劑的最佳用量通常為3%。

1.2有機(jī)酸改性法

有機(jī)酸改性法作為納米CaCO_3表面改性方法中重要的改性方式，在實(shí)際的納米CaCO_3表面改性過程中，通常是通過其含有的羧基與納米CaCO_3表面的Ca發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)納米CaCO_3的表面改性，增強(qiáng)納米CaCO_3的表面與PVC的相容性。當(dāng)前，應(yīng)用的較為廣泛的有機(jī)酸改性劑主要是硬脂酸。其在實(shí)際的應(yīng)用過程中，通常具備著價(jià)格較低、改性效果較好、以及經(jīng)過改性處理后的納米CaCO_3活化度較高的特點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用硬脂酸對(duì)納米CaCO_3的表面進(jìn)行改性處理時(shí)，硬脂酸的最佳用量通常為2.5%，改性所需要的時(shí)間通常為50min，改性時(shí)的溫度通常應(yīng)控制在85℃。且應(yīng)用硬脂酸對(duì)納米CaCO_3進(jìn)行表面改性處理，可以在很大程度上降低納米CaCO_3的沉積體積、吸油值、以及實(shí)際粘度比，進(jìn)而大幅度促進(jìn)納米CaCO_3與PVC的充分相容。

1.3無機(jī)物改性法

無機(jī)物改性法主要就是應(yīng)用磷脂酸類改性劑對(duì)納米CaCO_3的表面進(jìn)行改性處理。其在實(shí)際的改性過程中，通常是利用磷脂酸與納米CaCO_3的表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在反應(yīng)的作用下形成磷酸鈣鹽，沉積在納米CaCO_3的表面，使納米CaCO_3的表面可以由從前的親水性逐漸轉(zhuǎn)換為親油性，并大幅度加強(qiáng)納米CaCO_3表面與PVC的相容性，進(jìn)而有效完善復(fù)合材料的各項(xiàng)力學(xué)性能、加工性能、以及其在應(yīng)用過程中的阻燃性能。通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用無機(jī)物改性法對(duì)納米CaCO_3的表面進(jìn)行改性處理時(shí)，最佳的改性劑濃度通常為1mol/L，最佳的反應(yīng)溫度通常為30-35℃，其改性反應(yīng)時(shí)間通常為六個(gè)小時(shí)左右。且經(jīng)過表面改性處理后，納米CaCO_3表面的納米粒子與沒有經(jīng)過改性處理之前相比，與液體石蠟的粘度在很大程度上降低了，其表面的實(shí)際吸水率與吸油率也在改性之后發(fā)生了明顯的降低，其表面納米粒子分散性也得到了很好的改善。

1.4聚合物改性法

聚合物改性法是近年來應(yīng)用的較為廣泛的納米CaCO_3表面改性方法。當(dāng)前，其主要可以分為聚合物包覆改性法與原位聚合包覆改性法。其中，聚合物包覆改性法通常是采用將指定聚合物溶解在事先準(zhǔn)備好的溶劑中，之后再在調(diào)配完成的溶劑中加入納米CaCO_3，使溶劑中的聚合物在化學(xué)特性的作用下漸漸吸附在納米CaCO_3的表面，進(jìn)而在納米CaCO_3的表面形成一層包膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米CaCO_3表面的改性目的。原位聚合改性法在實(shí)際的納米CaCO_3表面改性過程中，通常是利用化學(xué)特性將指定的單體吸附到納米CaCO_3的表面，進(jìn)而在納米CaCO_3的表面發(fā)生預(yù)期的驟變反應(yīng)，形成一層緊密的包膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米CaCO_3的表面改性處理。聚合物改性法在實(shí)際的納米CaCO_3表面改性過程中，通常是運(yùn)用物理吸附以及化學(xué)鍵合的途徑在納米CaCO_3的表面形成一層薄膜，以有效阻礙納米CaCO_3表面粒子的團(tuán)聚，改善納米CaCO_3表面的分散性，使納米CaCO_3表面可以與PVC實(shí)現(xiàn)充分的相容。通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，與沒有經(jīng)過改性處理的納米CaCO_3相比，經(jīng)過聚合物改性法進(jìn)行改性處理之后的納米CaCO_3的表面不僅分散性得到了很大程度上的改善，其與PVC界面的實(shí)際相容性以及其復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度都得到了顯著的加強(qiáng)。

2.納米CaCO_3在PVC中的應(yīng)用

由于納米CaCO_3通常具備著極為優(yōu)異的表面效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)、以及相關(guān)的小尺寸效應(yīng)，導(dǎo)致其在實(shí)際的PVC應(yīng)用過程中，與常規(guī)的填料相比通常具備著極為顯著的透明性、分散性、以及應(yīng)用效果好的應(yīng)用優(yōu)勢，成為了當(dāng)前應(yīng)用的最為普遍的PVC增韌劑。同時(shí)，應(yīng)用納米CaCO_3作為PVC的增韌劑，通常還具備著取材方便、應(yīng)用無污染，且應(yīng)用價(jià)格低廉的特點(diǎn)。此外，經(jīng)過長期的應(yīng)用與實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用納米CaCO_3作為PVC的增韌劑不僅可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)PVC制品尺寸的準(zhǔn)確控制，還可以在很大程度上提高PVC制品的耐熱性以及加工性能。

結(jié)束語：

綜上所述，應(yīng)充分明確納米CaCO_3的表面特征，并結(jié)合實(shí)際的改性特點(diǎn)與改性需求，合理運(yùn)用偶聯(lián)劑改性法、有機(jī)酸改性法、無機(jī)物改性法、以及聚合物改性法對(duì)納米CaCO_3的表面進(jìn)行改性處理，以有效改善納米CaCO_3表面的分散性，促進(jìn)納米CaCO_3在PVC中的廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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