• 2019-12-03 02:48:53
• 碳酸钙网

作者姓名：黄宸，郝同辉，张群朝，蒋涛

作者单位：湖北大学材料科学与工程学院

聚氯乙烯(PVC)糊树脂一般通过乳液聚合、微悬浮聚合所制成，具有粒径小，易分散，易塑化，力学性能好等优点，常与增塑剂调配制成PVC基涂料制品，广泛运用于人造革、地板革、粘合剂、电气仪表、航天汽车材料等制品。但由于其黏度大，流平性差，触变性差，故通常加入无机填料来对其进行改性。

碳酸钙是一种常用的无机填料，可作为分散相与PVC连续相基体构成复合材料，降低PVC分子极性，达到增韧效果，无机填料具有良好的触变性，其加入不仅可以降低成本，也可提高涂料的可施工性。Shimpi.N.G等以纳米碳酸钙为填料，研究了纳米碳酸钙对PVC热力学性能的影响，徐国敏等以碳酸钙和滑石粉为填料，研究了填料种类对PVC糊体系流变性能的影响，周世一以硅烷偶联剂对微晶白云母进行修饰，将表面处理过的云母粉用来增强PVC的机械性能。

本文以碳酸钙作为填料制备PVC涂料，研究了碳酸钙含量与粒径大小对PVC流变性能及力学性能的影响。

1、实验部分

1.1 实验原料与仪器设备

A、PVC糊树脂，牌号P440,上海氯碱化工股份有限公司；

B、碳酸钙，6000目、1500目，碳酸钙有限公司（咨询电话：13927619213）

C、钙锌稳定剂，牌号WWP-R08，广东炜林纳新材料科技股份有限公司；

D、邻苯二甲酸二辛酯，市售。

E、高速搅拌机，型号EDS-1000深圳易能电气技术股份有限公司；

F、平板硫化机，型号QL.B350*350*2，武进协昌机械有限公司。

1.2 PVC涂料的制备

将无机填料，钙锌稳定剂，PVC糊树脂放入高速搅拌机，在室温下搅拌5min。待粉料混合均匀后加入增塑剂DOP，在室温下搅拌20min出料。将涂料放入真空干燥箱抽真空10min得到均匀无气泡的PVC涂料，放置熟化18-32小时。

1.3 PVC涂料的塑化成型

将PVC涂料均匀涂满钢制样条模具，放入平板硫化机中，在140℃下塑化30min，得到厚度为3mm的PVC样条。

1.4 测试表征

力学性能：按照ASTMD882-81标准，使用深圳新三思公司的CMT4104型万能试验机，在25℃以50mm/min的拉伸速度测试拉伸强度与断裂伸长率。

流变性能：使用美国TA公司的DiscoveryDHR2动态流变仪测试涂料不同剪切速率下的黏度，温度设置为25℃，剪切速率范围为1S-1-150s-1。

断面形貌：将塑化后PVC样条用液氮脆断，断面由日本电子株式会社JSM6510LV型扫描电镜观察得到。

2、结果与讨论

2.1 碳酸钙对涂料流变性能的影响

图1和图2分别表示不同添加量下1500目和6000目CaCO3的PVC涂料流变曲线。由图可知，该涂料为剪切变稀型假塑性流体，随着剪切速率增加，涂料的黏度不断降低，且随着CaCO3含量的增加，涂料的黏度先上升后下降，在CaCO3含量为20%时黏度最大。这是因为在CaCO3含量较低时，CaCO3能够均勻填充PVC颗粒，在低剪切速率下能够阻碍PVC分子滑移与运动，宏观表现为黏度较高：在CaCO3含量较高时，过量的CaCO3降低了PVC分子极性，使其分子间作用力减小，在低剪切速率下PVC分子运动更容易，宏观表现为黏度较低。随着剪切速率的增加，PVC分子向剪切方向产生取向效应，黏度逐渐降低。对比图1和图2两种不同粒径的CaCO3，发现粒径越小的碳酸钙所制备的涂料粘度越高，这是因为粒径越小与PVC分散越均匀，在运动时的阻碍作用与摩擦作用越强，体系黏度就越高。 

图3和图4分别表示不同添加量下1500目和6000目CaCO3的PVC涂料塑化后的力学性能。由图可知，随着CaCO3含量的增加，样品的拉伸强度和断裂伸长率都是先增大后减小。在CaCO3含量较小时，CaCO3作为分散相均匀分布在连续相PVC中，形成良好的结合界面，复合材料在受力时会通过CaCO3与PVC的结合界面将部分应力传递到CaCO3上，达到增韧补强效果，其拉伸强度和断裂伸长率会随着CaCO3含量的增加而增加，当CaCO3含量过大时，CaCO3会产生团聚现象，在聚合物中形成较大的空穴，与PVC的界面结合力降低，导致其拉伸强度和断裂伸长率会随着CaCO3含量的增加而降低。通过对比图3和图4两种粒径不同的CaCO3，发现粒径较小的CaCO3对于PVC的补强增韧效果好，其具有更大的拉伸强度和断裂伸长率。这是因为粒径越小的CaCO3在PVC相中分散越均匀，与PVC的界面结合力越强，故其拉伸强度和断裂伸长率较大，但小粒径的CaCO3更易发生团聚现象，期学性能在大于一定添加量后会迅速降低。

2.3 断面SEM形貌分析