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碳酸钙对PVC涂料流变与力学性能的影响

来源:未知 作者:admin 时间:2019-07-26 点击:
导读:本文采用PVC 糊树脂为基料,固定增塑剂与热稳定剂的添加量,制备了一系列不同碳酸钙含量的PVC涂料,研究了碳酸钙含量及粒径大小对PVC涂料流变性能和力学性能的影响。结果表明当涂料中碳酸钙粒径为6000 目,含量为20%时,PVC 涂料的黏度最高,塑化后样品的拉伸
碳酸钙对PVC涂料流变与力学性能的影响
黄宸,郝同辉*,张群朝,蒋涛(湖北大学材料科学与工程学院,湖北武汉430062)

聚氯乙烯(PVC)糊树脂一般通过乳液聚合、微悬浮聚合所制成,其具有粒径小,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
PVC 糊树脂,牌号P440,上海氯碱化工股份有限公司;6000 目碳酸钙、1500 目碳酸钙,苏州申巴精细化工有限公司;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;邻苯二甲酸二辛酯,市售。
高速搅拌机,型号EDS-1000,深圳易能电气技术股份有限公司;平板硫化机,型号QLB350*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DiscoveryDHR-2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-1~150 s-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能够均匀填充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。
不同含量 1500 ,600目 CaCO3 的 PVC 涂料流变曲线

2.2 碳酸钙对涂料力学性能的影响
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,其力学性能在大于一定添加量后会迅速降低。
不同含量 1500 目 CaCO3 的 PVC 涂料塑化后 力学性能(a)拉伸强度;(b)断裂伸长率

2.3 断面 SEM 形貌分析
塑化后 PVC 样条断面 SEM 形貌
图5 为塑化后PVC 样条的断面SEM 图。观察图5(a)和(b)可知,在碳酸钙含量较低时,碳酸钙能均匀分布在PVC 相中,形成良好的相界面,且粒径越小的碳酸钙分散越均匀。观察图5(c)和(d)可知,随着碳酸钙含量的增加,碳酸钙会出现团聚现象,导致分散十分不均匀,使碳酸钙与PVC 间相界面结合力低。材料断面SEM 微观形貌的观察,与其宏观力学性能的表现基本相符。

3 结论
PVC 涂料中加入碳酸钙可以改善涂料的流变性与塑化后材料的力学性能。当涂料中碳酸钙粒径为6000 目,含量为20%时,PVC 涂料的黏度最高,塑化后样品的拉伸强度最大,断裂伸长率最大,材料的综合性能最优。

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