纳米碳酸钙塑料增韧母料

摘要

本发明纳米碳酸钙塑料增韧母料涉及一种用纳米级碳酸钙、助剂和载体树脂共混制作的母料,其组分(重量%)为:纳米碳酸钙50～80;低分子量聚苯乙烯10～30;其它助剂2～11;载体树脂8～30。能使纳米碳酸钙能均匀地分散在基体塑料中,以提高材料的抗冲击性能。适合于聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯或丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物等塑料的成型加工。

说明书

本发明涉及一种用纳米级碳酸钙、助剂和载体树脂共混制作的母料，由于在母料中加入了低分子量聚苯乙烯起分散作用，使纳米碳酸钙能均匀地分散在基体塑料中，以提高材料的抗冲击性能。

为了降低材料的成本，将碳酸钙直接以粉末形式作为填料加入到塑料中，这对材料的性能有明显的降低作用。为了提高材料的性能，在碳酸钙中加入起分散作用的助剂制成母粒后再添加到塑料中，使材料性能降低的问题得到改进。近年来应用纳米级碳酸钙具有特殊的“表面效应”、“体积效应”以及“量子效应”，将纳米级碳酸钙填充到塑料中，对提高材料性能的有良好作用。在“纳米级CaCO₃粒子对PVC增韧增强研究”(中国塑料，第13卷第6期，1999年6月)一文中报导了用30nm CaCO₃于填充PVC/ACR共混体系中，结果表明，无机纳米粒子分散状况直接影响材料的性能，纳米级CaCO₃用量5％～10％为宜。采用平均粒径30nm的纳米碳酸钙5％时缺口冲击强度最大值为24KJ/m²，超过或低于5％用量时，缺口冲击强度却大幅度下降。由于该方法是采用一般助剂与纳米碳酸钙直接加入到塑料基体材料中，因此会影响纳米碳酸钙在基体材料中的分散性，从而影响到材料的力学性能的进一步提高。

本发明的目的是提出一种能提高纳米碳酸钙在塑料中分散性起到增韧作用的母料。使纳米碳酸钙能均匀分散在塑料中，能有效地提高复合材料的力学性能(特别是抗冲击性能)。

一般碳酸钙塑料母料由碳酸钙、助剂(硬脂酸或硬脂酸盐与高分子蜡)和载体树脂组成。本发明提出的纳米碳酸钙塑料增韧母料，其组份中碳酸钙是粒径为5～50nm的纳米级碳酸钙；除通常用的助剂外还加有低分子量聚苯乙烯；各组分(重量％)为纳米碳酸钙：50～80；低分子量聚苯乙烯：10～30；其它助剂：2～11；载体树脂：8～30。低分子量聚苯乙烯的分子量为1000～10000。载体树脂为：聚氯乙烯、低密度聚乙烯或聚酰胺。

在本发明提供的纳米碳酸钙塑料增韧母料组份中，纳米碳酸钙的粒径过大时，“纳米效应”的特征不明显；粒径过小制备困难。加入的纳米碳酸钙量过多时于对母料制备有困难；过少时因成本增加不利于推广应用。低分子量聚苯乙烯量多时会使成本增加过高，过少时又达不到基本的增韧效果。低分子量聚苯乙烯的分子量是常规的范围。所用的其它助剂均是共知的通常在碳酸钙填充塑料制品共混所用的助剂，例如：硬脂酸、硬脂酸锌与氧化聚乙烯或聚乙烯等。

制备本发明纳米碳酸钙塑料增韧母料按照常规的共混加工方法，将纳米碳酸钙、低分子量聚苯乙烯、其它助剂和载体树脂在混炼设备中加工，所采用的混炼设备有：单(双)螺杆挤出机或密(开)炼机与造粒设备。

本发明由于采用的碳酸钙粒径是5～50nm，这种纳米级碳酸钙有利于提高填充体系力学性能；并且采用了具有分散作用的低分子量聚苯乙烯，使纳米碳酸钙粒子能均匀分散在载体树脂中，充分发挥其增韧作用，加之低分子量聚苯乙烯是一种刚性塑料，它本身也具有增韧作用，因此它们联合作用其增韧的效果就更明显。本发明的纳米碳酸钙塑料增韧母料以及用在塑料的成型加工中，能使纳米碳酸钙均匀分散在基体塑料中，提高材料的性能。当本发明所采用的载体树脂为聚氯乙烯数时得到的母料可以用于基体塑料为聚氯乙烯的增韧。当本发明用的载体树脂为低密度聚乙烯时得到的母料可以用于基体塑料为聚丙烯的增韧。用本发明实施例1得到的纳米碳酸钙塑料增韧母料用于聚氯乙烯材料成型加工时，当母料与基体塑料聚氯乙烯的重量份数为10∶100时，所得到的PVC/CPE(CPE重量份数为10)复合材料的缺口冲击强度达到30KJ/m²；当母料与聚氯乙烯的重量份数为20∶100时，所得到的PVC/CPE(CPE重量份数为10)复合材料的缺口冲击强度达到45KJ/m²。表明在纳米碳酸钙用量在较宽的范围内均可以达到较高的冲击强度，有利于工业化应用。从材料断口透射电子显微镜检测结果表明纳米碳酸钙在基体塑料中分散均匀，不呈团簇聚集状态，因此增韧效果明显。而现有技术是直接添加纳米碳酸钙的则呈团簇聚集状态。本发明提供的纳米碳酸钙塑料增韧母料适合于聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯或ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)等塑料的增韧，用于塑料的成型加工。

实施例1

纳米碳酸钙塑料增韧母料的组成(重量％)：

1、纳米碳酸钙(粒径：5～50nm)             60；

2、低分子量聚苯乙烯(分子量1000～2000)    20；

3、其它助剂：(A)硬脂酸钙                 4；

             (B)氧化聚乙烯蜡             1；

4、载体树脂：聚氯乙烯                    15。

实施例2

纳米碳酸钙塑料增韧母料的组成(重量％)：

1、纳米碳酸钙(粒径：5～50nm)            70；

2、低分子量聚苯乙烯(分子量1000～2000)   10；

3、其它助剂：(A)硬脂酸锌                 7；

             (B)氧化聚乙烯蜡             3；

4、载体树脂：聚氯乙烯                   10。

实施例3

纳米碳酸钙塑料增韧母料的组成(重量％)：

1、纳米碳酸钙(粒径：5～50nm)            80；

2、低分子量聚苯乙烯(分子量6000～10000)  10；

3、其它助剂：(A)硬脂酸                  1.5；

             (B)聚乙烯蜡                0.5；

4、载体树脂：聚氯乙烯                    8。

实施例4

纳米碳酸钙塑料增韧母料的组成(重量％)：

1、纳米碳酸钙(粒径：5～50nm)            50；

2、低分子量聚苯乙烯(分子量2000～6000)   30；

3、其它助剂：(A)硬脂                    10；

             (B)氧化聚乙烯蜡             1；

4、载体树脂：聚氯乙烯                    9。

实施例5

纳米碳酸钙塑料增韧母料的组成(重量％)：

1、纳米碳酸钙(粒径：5～50nm)            50；

2、低分子量聚苯乙烯(分子量1000～2000)   12；

3、其它助剂：(A)硬脂酸钙                 6；

             (B)氧化聚乙烯蜡             2；

4、载体树脂：聚氯乙烯                    30。

实施例1～实施例5的母料可以适用于基体塑料为聚氯乙烯或ABS的增韧。

将实施例1～实施例5配方中的载体树脂换为低密度聚乙烯可以适用于基体塑料为聚丙烯的增韧。

将实施例1～实施例5配方中的载体树脂换为聚酰胺可以适用于基体塑料为聚酰胺的增韧。