高填充碳酸钙母料的制备及性能研究

收稿日期:2010201226;修改稿收到日期:2010203202。 作者简介:韩忠原,男,1984出生,硕士研究生,从事高分子

材料加工及改性工作。E 2mail :hzy_198464@ 。3通讯联系人,E 2mail :dyh @ 。

高填充碳酸钙母料的制备及性能研究

韩忠原1　丁永红1,3　俞强1　朱威2

(1.江苏工业学院材料科学与工程学院,江苏常州,213164;2.江苏领航材料科技有限公司,江苏常州,213012) 摘要:采用不同粒径的碳酸钙经表面处理后填充线性低密度聚乙烯(LLDPE )制得母料。研究了偶联剂的种类及用量、密炼时间、碳酸钙粒径大小以及碳酸钙填充量对母料性能的影响。结果表明,复合型偶联剂LD 2121用量为2%(质量分数,下同),对碳酸钙的处理效果最佳;密炼时间约为12min 、碳酸钙粒径大小为10.2μm 、碳酸钙质量分数为75%时制得的母料综合性能最佳。

关键词:　碳酸钙　线性低密度聚乙烯　母料　偶联剂　力学性能

Study on Performance and Preparation

of Master B atch with High Loading C alcium C arbonate

Han Zhongyuan 1　Ding Y onghong 1,3　Yu Qiang 1　Zhu Wei 2

(1.C ollege of Materials Science and Engineering ,Jiangsu Polytechnic University ,Changzhou ,Jiangsu ,213164;2.Jiangsu Linghang Material T echnology C o.,Ltd.,Changzhou ,Jiangsu ,213012)Abstract :Master batch was p repared wit h linear low density polyet hylene (LLDPE )and calcium carbonate of t he surface t reat ment.The effect s of t he type and dosage of t he coupling agent s ,mixing time ,t he size of fillers and t he content of fillers on t he performance of t he master batch were st udied.The experimental result s show t hat LD 2121wit h t he con 2tent of 2%has t he best modification effect.The performance of t he master batch becomes best when t he mixing time is about 12min ,t he size of calcium carbonate is 10.2μm and t he content of calcium carbonate is 75%.

K ey w ords :calcium carbonate ;linear low density polyet hylene ;master batch ;coupling agent ;mechanical properties

碳酸钙以资源丰富、价格低廉、色泽洁白、综合性能良好而成为填料中的首选品种,是塑料加工中使用最广泛、用量最大的无机填料[1],填充母料在聚合物体系中的应用也有大量报道[2～4],但是许多工作不够细致,应用时有局限性。研究了偶联剂种类及用量、密炼时间等对母料的加工流动性、力学性能以及碳酸钙在基体中的分散性的影响。1　试验部分

1.1　主要原料及仪器设备

线性低密度聚乙烯(LLDPE ),粒料,牌号DFDC 27050,中国中原石油化工有限公司;重质碳酸钙,OM YACA RB1(5.5μm ),OM YA 2CARB2(10.2μm ),OM YACARB4(11.3μm ),OM YACARB5(19.0μm ),南京欧米亚精细化

工有限公司;铝酸酯偶联剂LD 2B 、铝钛复合偶联剂LD 、复合型偶联剂LD 2121,扬州立达树脂有限公司;钛酸酯偶联剂J N 2114,南京曙光化工集团有限公司;硬脂酸,工业级,市售。

熔体流动速率仪,T Y 25005,江都市天源实验机械有限公司;超声波清洗器,KQ3200E 型,昆山市超声仪器有限公司;平板硫化机,XLB 2D ,上海第一橡胶机械厂;高速分散机,U400/802220,上海微特电机有限公司;试样拉伸机,LJ 2500型,广州仪器实验厂;密炼机,SU 270C 型,江苏工业学院;电子显微镜,XPR 2201,上海宙山精密光学仪器有限公司;电热

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5・ 现代塑料加工应用　2010年第22卷第3期

MODERN

PLASTICS PROCESSIN G AND APPL ICA TIONS

恒温鼓风干燥箱,D H G29140A型,上海精宏实验设备有限公司。

1.2　试验方法

1.2.1　碳酸钙的活化

先将碳酸钙原料放在烘箱中于110～120℃下干燥,然后分别称取碳酸钙和一定百分比偶联剂以及一定量的无水乙醇,将偶联剂用无水乙醇超声分散多次溶解后倒入碳酸钙中,在高速分散机中分散1h,然后放入烘箱内在105℃下活化烘干,粉碎过筛即得到活化碳酸钙。

1.2.2　高填充母料及吹膜料的制备

将活化碳酸钙与LLDPE按一定比例在210℃下用密炼机混炼一段时间,出料后粉碎成粒状即为母料。再将母料与LLDPE按一定配比混合,重复以上过程,即可得到薄膜用料。1.2.3　试样的制备

将吹膜料于一定温度和压力下在平板硫化机上压片成型,放置24h后切成标准样条。11214　表征

力学性能在室温25℃下按G B/T1040—1992测定;熔体流动速率(M FR)测试条件:载荷为2.16kg,温度为190℃。

2　结果与讨论

2.1　改性剂种类及用量对母料性能的影响

在处理时间及温度相同的条件下,选用了LD,LD2B,LD2121,J N2114以及硬脂酸等偶联剂在相同用量下对碳酸钙进行活化处理,然后在此基础上改变偶联剂用量,借助于对吹膜料性能的评价,间接反映了偶联剂种类及用量对母料性能的影响(以下类同),结果见表1。

表1　偶联剂种类对吹膜料力学性能影响

性能

改性剂种类

LD2121LD硬脂酸LD2B J N2114未处理拉伸强度/MPa16.4615.6013.6512.6013.1812.46断裂伸长率,%785.5756.7590.0594.4585.0580.7 注:母料中碳酸钙质量分数为70%,薄膜用料中碳酸钙质量分数为10%。

从表1可以看出,经过偶联剂处理过的碳酸钙填充后的吹膜料的拉伸强度和断裂伸长率都比未处理的好。其中用复合型偶联剂LD2121和铝钛复合偶联剂LD改性的效果较好,断裂伸长率比未处理的提高了约34%,拉伸强度是未处理的1.3倍。

有文献[5]报道,偶联剂用量以在碳酸钙表面单分子层包覆为最佳。选用新型复合型偶联剂LD2121,研究了其用量对吹膜料性能的影响,从而间接反映了偶联剂用量对母料性能的影响。结果如图1所示

。

图1　复合型偶联剂LD2121用量对母料性能的影响从图1(a)可以看出,随着偶联剂用量的增加,吹膜料的流动性提高,当超过2%以后,趋势趋于平缓略有下降。图1(b)表明,随着偶联剂用量的增加,吹膜料的断裂伸长率先提高后降低,在偶联剂用量为2%时达到一个最大值,正好与图1(a)相呼应。

2.2　密炼时间对母料性能的影响

在确定偶联剂种类及用量的基础上,研究了母料在密炼机中密炼时间与其性能的关系,结果见图2。从图2(a)可以看出,随着母料密炼时间的延长,其M FR先上升后下降,在12min左右时效果最佳。图2(b)表明,随着母料密炼时间的延长,树脂断裂伸长率先上升,当密炼时间达到12min左右以后,断裂伸长率呈下降趋势。

图3是密炼时间分别为10min和30min下碳酸钙在基体树脂中的电子显微镜照片。从照片中可以看出,混炼10min时,碳酸钙在基体树脂中分散均匀;而混炼30min后,碳酸钙发生团聚现象,这

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・ 现　代　塑　料　加　工　应　用 2010年6月