稀土偶聯(lián)劑活化納米CaCO3改性紙塑復合材料在管材中的應用研究

張友新

（新疆天業(yè)集團有限公司，新疆石河子832000）

稀土偶聯(lián)劑活化納米CaCO3改性紙塑復合材料在管材中的應用研究

張友新

（新疆天業(yè)集團有限公司，新疆石河子832000）

介紹了以稀土偶聯(lián)劑對納米CaCO3進行表面活化處理，并作為改性劑對廢舊紙塑復合材料進行生產(chǎn)管材的方案。探討了紙塑復合材料的配方、紙塑編織袋的處理、工藝及制備方法。結果表明：經(jīng)稀土偶聯(lián)劑活化處理的納米CaCO3進行改性的紙塑復合材料，可改善紙塑復合材料的加工性能，增強物料的界面黏結強度，提高管材的力學性能。

稀土偶聯(lián)劑；活化；納米CaCO3；改性；紙塑復合材料；管材

紙塑復合材料是由廢舊紙塑編織袋與聚丙烯（PP）的混合料，并加入適量的稀土偶聯(lián)劑活化處理的納米CaCO3進行改性，擠出生產(chǎn)的管材。紙的主要成分是木質(zhì)素，是復雜的非結晶性高分子聚合物，而聚丙烯（PP）是屬于熱塑性高分子材料，二者屬于不同類型的高分子材料。由于木質(zhì)材料的強極性和吸水性，使其具有很高的表面能，這樣就限制了兩者的相容性。因此必須通過改性，使納米CaCO3的表面能由無機性向有機性過渡來增大與樹脂的相容性[1]，增強物料的界面黏結強度，以改善和提高物料的加工性能和產(chǎn)品的力學性能。研究者考慮到生產(chǎn)的實用性，采用了以稀土偶聯(lián)劑為主要處理劑對納米CaCO3進行表面活化處理，從而提高紙塑間的黏結強度。通過實踐表明，采用本方法改性的紙塑復合材料生產(chǎn)的管材，成本低，強度高，外觀光澤。

1 實驗部分

1.1 主要原料

廢舊紙塑編織袋廢料：新疆天業(yè)佳美包裝有限公司；稀土偶聯(lián)劑WOT；廣東煒林鈉功能材料有限公司；納米CaCO3：平均粒徑50 nm，內(nèi)蒙古蒙西高新材料股份公司；消泡劑：ZBH305，青島中寶化學有限公司；PP回收料：市售。

1.2 設備及儀器

破碎機：SWP-600，寧波市北侖金明螺桿制造有限公司；造粒機：SJZ120，青島威瑞特制造有限公司；高速混合機SRL-2500/1000，烏魯木齊博士通商貿(mào)有限公司；拌料機：BL-100，烏魯木齊博士通商貿(mào)有限公司；干燥機：XK-25，無錫東宇勝機械制造有限公司；錐形雙螺桿擠出機：SJ2-65/140，上海經(jīng)緯機械制造有限公司；電子多功能試驗機：CMF-45O4，天水三思新技術有限公司。

1.3 復合材料的制備

將紙塑編織袋廢料先通過破碎機粉碎為3～5 mm的碎片，然后進行單螺桿擠出機造粒。將造粒料70份（質(zhì)量份）和20份PP回收料及8份稀土偶聯(lián)劑活化處理的納米CaCO3，按比例加入到高速混合機內(nèi)攪拌均勻，時間為8 min。再加入2份消泡劑進行攪拌，當溫度達到85℃時放料，便得到表面處理好的復合材料。

將表面處理好的復合材料加入到錐形雙螺桿擠出機中，經(jīng)加熱、擠出、冷卻、定型和牽引制成直徑為63 mm的管材。其工藝控制條件見表1。

表1 工藝條件

2 結果與討論

2.1 納米CaCO3的活化

活化是對物料進行表面活化處理或分子官能團化處理改性的一種有效技術方法，有利于改善體系的相容性，增加界面的黏結性能，提高產(chǎn)品的強度和韌性。采用稀土偶聯(lián)劑對納米CaCO3進行表面活化處理。其活化方法:將輕質(zhì)納米CaCO3分為100份，稀土偶聯(lián)劑用量為納米CaCO3質(zhì)量份的1.5%投入高速混合機內(nèi)捏合至溫度75℃，時間8～10 min，排料轉(zhuǎn)入冷混，冷混溫度控制在40℃時放料，便制備得到納米CaCO3活化料。

2.2 活化納米CaCO3的改性機理

偶聯(lián)劑作為無機填料的表面改性劑，能使粉體納米CaCO3粒子較好地分散于樹脂基體中，使填料與樹脂間形成化學鍵，實現(xiàn)界面偶聯(lián)作用，增強界面黏結強度。由于納米CaCO3是由稀土偶聯(lián)劑作為處理劑的，其活化納米CaCO3的改性機理偶聯(lián)劑分子中存在兩種不同的基團。一種基團，可與無機物表面化學基團反應，形成強固的化學鍵，即與粉體表面微量的水分形成羥基，與偶聯(lián)劑進行化學反應或物理吸附形成強有力的化學鍵；另一部分基團，可與有機高分子材料具有很好的相容性，能與高分子材料的長鏈進行物理纏繞，從而把兩種性質(zhì)不同的材料牢固地結合起來[2]。也就是把無機材料與高分子材料的界面連接起來，形成網(wǎng)狀結構，增加相互間的鍵合力，從而提高木質(zhì)素與高分子材料的黏結強度和產(chǎn)品的力學性能。

2.3 管材的力學性能

從單純使用紙塑編織袋與聚丙烯（PP）的混合料加工管材，如果不加偶聯(lián)劑處理改性，物料的加工穩(wěn)定性不好，表面粗糙，管材內(nèi)含有大量未分散開的納米CaCO3聚集體，不易成型。其主要原因是二者相溶性差，界面粘接強度低[3]。當加入適量的稀土偶聯(lián)劑對納米CaCO3進行表面處理的活化料，產(chǎn)品的拉伸強度和抗沖擊性能得到了顯著提高。同時由于紙的主要成分是木質(zhì)素，濕度較大，為了消除物料內(nèi)產(chǎn)生的氣泡，可適量加入一定的消泡劑。通過大量的實踐，加入適量的活化納米CaCO3和消泡劑還可調(diào)節(jié)聚合物熔體的流變性能，改善物料的加工性能和穩(wěn)定性。其紙塑管材的力學性能見表2。

表2 紙塑管材的力學性能

3 結論

（1）加入適量的稀土偶聯(lián)劑處理的納米CaCO3作為改性劑，可有效地改善廢舊紙塑編織袋與PP共混料的加工性能和相容性，能把木質(zhì)纖維素與高分子材料的界面連接起來，形成網(wǎng)狀結構，增加相互間的鍵合力，使界面黏結強度增強，產(chǎn)品的力學性能得到提高。

（2）加入適量消泡劑，可有效消除物料在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氣泡，改善物料的加工性能和產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。

[1]武德珍，白宗武.稀土偶聯(lián)劑處理CaCO3填充PVC復合材料及其性能的研究[J].現(xiàn)代塑料加工應用，1996(1):10-13.

[2]呂世光.塑料助劑手冊（偶聯(lián)劑）[M].北京：輕工業(yè)出版社，1986：712-715.

[3] 郭建國，孫巖峰.聚合物/木質(zhì)素共混復合材料的研究進展[J].塑料科技，2010(9):97-99.

Application research on nano CaCO3composite materials activated by rare earth coupling agent in pipe

ZHANG Youxin
（Xinjiang Tianye Group Co.,Ltd,Shihezi 832000，China）

The rare earth coupling agent of nano CaCO3surface activation treatment which was used as modifier in waste paper-plastic composite materials for pipe production was introduced.The formulation of the paper-plastic composite,paper-plastic woven bag treatment,preparation process and method were discussed.The results showed that the modification on paper-plastic composite materials with the nano CaCO3activated by the rare earth coupling agent can improve the processing performance of paper-plastic composite materials,strengthen material interface bond intensity and improve the pipe mechanic performance.

rare earth coupling agent;activation;Nano CaCO3;modification;paper-plastic composite materials;pipe

X783

A

1674-0912（2013）02-0043-02

2012－11－07）

張友新（1958-），男，山東即墨市人，高級工程師，中國塑料加工工業(yè)協(xié)會專家，新疆節(jié)能減排專家，主要從事塑料加工及模具研發(fā)工作。