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改性重质碳酸钙及其在聚丙烯中的应用

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1 绪 论

1.1 塑料填料概述

1.2碳酸钙简介

1.2.1 碳酸钙发展历史

1.2.2 碳酸钙的分类

1.2.3 重质碳酸钙研究的必要性

1.3 重质碳酸钙的表面改性

1.3.1 重质碳酸钙表面改性目的及机理

1.3.2 重质碳酸钙表面改性的分类

1.3.3 重质碳酸钙的表面改性工艺

1.3.4 重质碳酸钙的表面改性发展趋势

1.4 聚丙烯概述

1.5 聚丙烯改性

1.5.1 化学改性

1.5.2 物理改性

1.6 课题的研究意义及主要内容

1.6.1 课题意义

1.6.2 研究的主要内容

2 实验部分

2.1 实验试剂与仪器

2.2 改性重质碳酸钙的制备

2.2.1铝酸酯偶联剂DL-411改性重质碳酸钙

2.2.2 硬脂酸钠改性重质碳酸钙

2.3 改性重质碳酸钙/聚丙烯复合材料的制备

2.4 表征手段

2.5 改性碳酸钙实验设计方案表

3 结果与讨论

3.1改性重质碳酸钙结果与讨论

3.1.1 硬脂酸钠改性重质碳酸钙的结果与讨论

3.1.2 铝酸酯偶联剂改性重质碳酸钙的结果与讨论

3.2 改性重质碳酸钙填充聚丙烯性能测试

3.2.1 硬脂酸钠改性重质碳酸钙填充PP性能测试

3.2.2 铝酸酯偶联剂改性重质碳酸钙填充PP性能测试

3.3 两种改性方法的比较

3.3.1 最佳优化条件的比较

3.3.2 两种改性效果的比较

3.3.3 重质碳酸钙填充聚丙烯力学性能比较

4 结论

致谢

参考文献

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摘要

重质碳酸钙具有价廉易得、无毒无味、热稳定性好等优点,是用途广泛的无机填料之一,但直接将重质碳酸钙填充于有机高分子基体中,两者分散性和相容性差,导致样品性能变差甚至无法正常使用。为了拓宽重质碳酸钙的应用领域,有必要对其进行表面改性处理。
  本文采用低能耗室温湿法改性,分别以铝酸酯偶联剂 DL-411和硬脂酸钠作为改性剂对1250目重质碳酸钙进行改性,通过对改性后碳酸钙的吸油值、沉降体积、接触角等性能测试,优化了改性条件。聚丙烯是发展和应用广泛的一类通用塑料,但其低温易脆、成本高的缺点给其发展带来了一定的阻碍,本文将不同含量改性重质碳酸钙填充于聚丙烯中,测试复合材料的力学性能,并通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)对其形貌、结构进行表征,制得韧性提高、成本降低的碳酸钙/聚丙烯复合材料。本文研究内容主要包括:
  (1)通过控制单一变量法,测试改性重质碳酸钙吸油值、沉降体积、接触角等性能,探索改性剂含量、反应时间、转速、反应温度等因素对改性效果的影响,利用FT-IR、TGA检测证明改性剂的成功包覆,制备得到了具有低吸油值和沉降体积,高接触角的改性重质碳酸钙。与原料相比,铝酸酯改性重质碳酸钙吸油值降低47.0%,沉降体积降低45.8%,接触角高达136.3°,而文献接触角为120.0°,复合改性剂才能达到136.5°;硬脂酸钠改性重质碳酸钙吸油值和沉降体积降低约50.0%,接触角为129.2°,比文献值105.0°高,结果表明制备改性重质碳酸钙疏水性优于文献值。
  (2)利用注塑成型的方法,研究重质碳酸钙含量对复合材料力学性能的影响,从而制备得到了成本降低,韧性提高的聚丙烯/碳酸钙复合材料。硬脂酸钠改性重质碳酸钙填充PP的最佳填充量为20%,与原料PP相比,冲击强度提高了15.7%,成本降低约2300元/吨;铝酸酯改性重质碳酸钙于聚丙烯中最佳填充量为30%,冲击强度提高了16.0%,成本降低约3500元/吨。比较发现两种复合材料的韧性优于原料PP的同时降低了生产成本。
  (3)为了最大程度地节约成本,改性碳酸钙于PP中的最大填充量为40%,通过添加增韧剂、提高β-PP含量的方法对材料韧性进行改善。当铝酸酯改性重质碳酸钙填充量为40%,加入5%增韧剂POE,成本比填充30%铝酸酯改性重质碳酸钙降低约1000元/吨,而韧性相差不大;当硬脂酸钠改性重质碳酸钙含量为40%时,期待形成具有低弹性模量、高冲击强度和热变形温度β-PP,弥补复合材料低温易脆的缺点,但β-PP在热力学上属于亚稳态,难以形成,还有待于进一步研究。
  综上:本文采用低能耗室温湿法改性方法制备得到低吸油值和沉降体积、高接触角的改性碳酸钙,改性效果优于文献值。将改性碳酸钙填充于 PP中,利用注塑成型的方法制备得到成本降低、韧性提高的聚丙烯/重质碳酸钙复合材料。

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