碳酸钙晶须制备_表面改性及应用_杨涛

碳酸钙晶须制备、表面改性及应用

(宜兴市光辉包装材料有限公司,214003)宜兴,

比较全面地介绍了碳酸钙晶须的特性、制备方法和实际应用情况,并重点介绍了碳酸钙晶

须应用于高分子材料时所需进行的表面改性处理方法。本文还指出了碳酸钙晶须尚需完善的研究内

容,以及良好的应用前景。

关键词碳酸钙晶须制备方法表面处理

doi :10.3969/j.issn.1672-6294.2017.01.004

应用

Preparation ,Surface Modification and Application of CaCO 3Crystal Whisker

Yang Tao

(Yixing Guanghui Package Material Co.,Ltd.,Yixing ,214003)

Abstract :The features ,prepared process and application of CaCO 3crytal whisker were introduced .The surface modification which is key step when used for polymers was introduced emphasisly.The researches in future and the application prospects were pointed out also.

Key words :calcium carbonate ; crystal whisker ; preparation ; surface modification ; application 无机晶须是指具有一定长径比(一般大于10)和一定截面积(一般小于52ˑ 10-5cm 2)的一属于短纤维类无机材料。由于晶须维单晶材料,

的晶体结构比较完整,内部缺陷较少,强度和模量均接近于完整晶体材料,所以具有高强度、耐热、耐磨、阻燃等优点,填充到聚合物中,可以将无机晶须的刚性、尺寸稳定性与高分子材料的韧性相结合,是复合材料的一种新型高性能增强增韧剂。目前,已经工业化生产的无机晶须主要有碳化硅、硼酸铝、硼酸镁、硫酸镁、钛酸钾、莫来石、氧化铝、氧化镁等,但其昂贵的价格阻碍了该类产品的全面推广使用。碳酸钙晶须是近年出现的一种性价比较优的新型晶须材料。它一般是以来源广泛、价格低廉的石灰石为原料,通过简单工艺低温下制成,制造成本低,晶须性能突出,无毒无害,是比较理想的无机晶须类市场化产品,具有很好的发展前景。

石型三种晶型。方解石与霰石皆是自然发生并常

见的两种碳酸钙多形体。霰石是天然的碳酸钙,球霰石则是人工生长的碳酸钙。霰石的晶格与方解石的晶格不同,所以晶体的形状也不同。

方解石属三方晶系,三组完全解理,解理平行菱面体;断口玻璃光泽,完全透明至半透明;硬度2. 7 3. 0,相对密度2. 6 2. 8。霰石为斜方晶系,呈长柱状延c 轴生长;解理清楚,贝壳状断口,玻璃光泽,透明至半透明;硬度3. 5 4. 0,相对密度2. 93 2. 95。文石为斜方双锥晶类,晶体常呈柱

k 等,c ,状。常见单形有斜方柱m 、平行双面b 、斜

方双锥等;解理不完全,贝壳状断口,玻璃光泽,断口油脂光泽,透明;硬度3. 5 4. 0,相对密度2. 94。

碳酸钙晶须(如图1),属于文石型结构。碳酸钙晶须的成型过程:在理想状态下,结晶是在碳

[1]

酸钙饱和溶液介稳区(介于稳定区与不稳定区之间,结晶不能自动进行,但如果加入晶种,则能诱导产生结晶)进行的。反应过程中控制反应条件,可使析出的溶质在晶种长度方向上有序生长,最终得到碳酸钙晶须。

1碳酸钙结晶与晶须

碳酸钙晶体可以分为方解石型、球霰石型、文

06-26收稿日期:2016-

决镁盐回收利用和进一步提高反应浆液浓度的

问题。

超重力场合成法,是在旋转填充转子高速旋转产生的超重力场中合成微细碳酸钙晶须,该法类似于超重力法制备纳米碳酸钙的方法。该法具有反应温度、乳液浓度低、控制剂用量少、反应时间短等优点,但该法需要在特定的超重力反应装置中进行,碳酸钙晶须的长径比也不够理想。

3

图1

Fig 1.

碳酸钙晶须的显微照片

碳酸钙晶须表面改性处理

当碳酸钙晶须添加到高分子材料中时,常因

尤其是使用分散不均而造成与基体的结合力差,

高填充量时,会导致复合材料的性能急剧下降,以

至于制品难以加工和使用。其主要原因是由于碳酸钙晶须表面碳酸根离子,有相当大的比例可被水解,导致粒子表面因存在大量的羟基而变为亲在有机介质中难于均匀分散,与基料之间水疏油,

没有结合力,造成界面缺陷。根据氢键作用理论,CaCO 3粒子干燥时,表面羟基相互作用形成氢键,粒子间依靠氢键作用而相互聚集,从而形成硬团以降聚。所以必须对碳酸钙晶须进行表面改性,低表面能,减小CaCO 3颗粒间的附聚力,改善在降低两相界面张基体中的分散性和分散稳定性,力,调节疏水性,提高与高分子材料之间的润湿性和结合力,从而改善复合材料的性能。

[2]

Microscopic photo of CaCO 3crystal whisker

2碳酸钙晶须制备

碳酸钙晶须最早是由日本丸尾公司进行工业

化生产的。目前,文献报道的制备方法主要有:可

2+2-

溶性Ca 盐与可溶性CO 3盐反应制备法、(NH 2)2CO 水解法、Ca (HCO 3)2加热水解法、

Ca (OH )2-CO 2气液反应合成法、超重力场合成法等

[1]

2+

。从工业化生产角度分析,可溶性Ca 盐

2-

Ca (OH )2-CO 2与可溶性CO 3盐反应制备法、

气液反应合成法、超重力场合成法更有实用价值。

但各种方法都有一定的局限性和弱势,需要进一步改进完善。

2+2-

可溶性Ca 盐与可溶性CO 3盐反应制备法,最大的弱点就是反应物的浓度不能太高。若

碳酸钙晶须表面改性可以借助轻质碳酸钙

和重质碳酸钙表面改性的研究成果,可以选用的改性剂种类较多,如偶联剂(钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂)、硬脂酸及其盐类、十八酸锌等。具体选用时,需要综合考虑基体材料的表面性质、改性产品的用途、质量要求、处理工艺以及表面改性剂的成本等因素。表面改性的核心是,减少碳酸钙晶须使用过程中的尽量提高碳酸钙晶须与基体树脂的自身团聚,

[3][2]

相容性。孙明赫、李丽匣等的研究均表明,硬脂酸钠对碳酸钙晶须的改性效果最好,改性后的碳酸钙晶须填充到PP 中,起到了较好的增强增韧作用。

碳酸钙晶须表面改性处理方法同普通碳酸钙产品一样,主要有两种:一种是直接混合法,把表面处理剂与晶须、基体树脂一起直接混合;另一种方法是先预处理晶须,使表面处理剂先包覆在晶须表面,然后再与基体树脂混合。两者相比,后一种处理方法效果更好一些。

想将较高浓度的可溶性碳酸盐溶液加入到可溶性钙盐溶液中,进行反应制备CaCO 3晶须,困难较大。为了能够提高反应物的浓度,往往需要向反应体系中添加各种晶型控制剂。此外,该法由于溶液浓度、温度的不均一,会影响CaCO 3晶须的纯度和均匀性。

Ca (OH )2-CO 2气液反应合成法,该方法类似于传统的轻质碳酸钙的生产方法,具有能耗低、工艺简单、原料丰富等特点,可实现大批量工业化生产。通常需要添加晶种以诱导成核,或需要添加晶型控制剂来控制晶体的有序生长,所采用的晶型控制剂,分为磷酸盐系列和镁盐系列两类。以镁盐作为晶型控制剂的Ca (OH )2-CO 2气液反应合成法,具有制备条件容易控制、反应体系简单、制得的晶须长径比大、纯度高等优点。但是,也存在镁盐使用量大,反应浆液浓度较低的缺点,因此为了提高生产效率和降低生产成本,必须解

4碳酸钙晶须应用

碳酸钙晶须与传统的粒状碳酸钙具有相同的组分,可以应用于一般碳酸钙的所有使用领域。除此之外,碳酸钙晶须还具有无机晶须高强度、高弹性模量等优点,相比纳米碳酸钙,其产能团聚可能性少,可以更有效的发挥增韧、增强作用。目前,碳酸钙晶须主要应用于增强塑料、摩擦材料、造纸等领域。4. 1增强塑料

能起到提高塑料拉碳酸钙晶须填充到塑料中,

伸弹性模量、弯曲弹性模量及抗冲击强度和改善塑料制品热稳定性及表面光滑性的作用。从国内外文献资料看,对碳酸钙晶须作为增强剂研究较多的PBT 、PVC 等。比较有代表材料有PP ,其次是尼龙、

[4][5]

性的研究成果有:刘庆峰等研究了采用不同填钛酸钾晶须、轻质碳酸钙)时填充料(碳酸钙晶须、

份数对PP 拉伸强度和冲击强度的影响。发现碳酸钙晶须填充的试样,其拉伸强度和冲击强度均随晶

[6]

须填充量增加而增加。曹有名等对比碳酸钙晶须和玻璃纤维改性尼龙66的研究表明,碳酸钙晶须增强的尼龙66的物性虽略低于玻璃纤维增强样品,但其熔体流动性好,制品表面光滑度高,可用于形状复杂(如齿轮)精密件成型。

总结碳酸钙晶须增强塑料的应用,具有以下特点:有纤维增强和填充能力;优良的表面光滑性能及很高的尺寸稳定性;加工性好;使用性能好;造价低廉。故在工程塑料方面具有广阔的市场前景。

4. 2摩擦材料

碳酸钙晶须耐温性好,用于摩擦材料可以显著提高耐磨性,而且碳酸钙晶须成本低廉,是替代碳石棉摩擦材料的理想产品。20世纪90年代,酸钙晶须就已被应用到作为摩擦材料的汽车刹车片和离合器中,用以防止高温下摩擦材料耐磨性能和摩擦系数的下降。林有希等

[8]

[7]

当磨损率也随着碳酸钙晶须含量的增加而降低,

晶须含量为15%时,磨损率达到最低。碳酸钙晶CaCO 3/PEEK复合材料仍有非须填充量30%时,

碳酸钙晶须还可常好的综合摩擦学性能。此外,

以大幅改善复合材料的极限PV 值,提高复合材

料的承载能力。4. 3

造纸

由于碳酸钙晶须具有特殊的柱状方向性,作造纸填料时能够与原纸表面平行而紧密地排列,而且其白度和填充性都很高,与用粒状碳酸钙填充的纸张相比,显示出优越的印刷适应性。尤其是在一些特殊要求的纸张中,更具有良好的应用前景。

张利等

[10]

研究表明,碳酸钙晶须添加到纸张

中,比传统的方解石型碳酸钙填料有更高的留着

更小的纸张强度降低率。性,4. 4

其他

能很好碳酸钙晶须还可作为涂料的增粘剂,的改善涂料的粘度,增加触变性,提高涂料的抗开附着力、粘结强度等性能。另外,碳酸钙晶须裂、

还可作为硅溶液和苯丙乳胶的增强剂。

此外,碳酸钙晶须可以作为生物活性材料应用于医药领域。例如,日本Takashi Sasaki 公司采用碳酸钙晶须为核、交联聚苯乙烯为壳的核/壳结构医用胶。以及Hiroshi Urayama 研究的将碳酸钙晶须作为左旋聚丙交酯降解塑料胶囊的填

[11]

充剂。

5结语

碳酸钙晶须像其他纤维状填充剂一样,使用中需要保持好晶须形态和外形尺寸(长径比),才能更好地发挥其功效和作用。但应用于复合材料

在共混过程中,晶须往往会受到树脂颗粒的碰时,

撞和冲击,以及机械设备搅拌部位的转动剪切而折断甚至破坏,而且熔融共混法制备材料时,树脂基体处于粘流态,晶须在基体中的分散性较差,这些因素都会使晶须对聚合物基的增强作用下降。这些也是碳酸钙晶须使用中需要格外注意,以及今后研究的重点。

尽管碳酸钙晶须还有很多制备、使用中的问题,有待进一步研究、完善和解决。但其具有发展潜力的高性价比,使其成为继纳米碳酸钙之后的

,又一新型填料,是碳酸钙家族的新“高富帅”具有很好的生产和应用前景。

(下转第34页)

研究表明,碳

酸钙晶须可以有效改善聚醚醚酮(PEEK )材料的

摩擦磨损性能,晶须填充量在25% 30%时,材料具有最佳的摩擦磨损性价比。李志方

[9]

研究

了以碳酸钙晶须和聚四氟乙烯(PTFE )填充聚醚醚酮(PEEK )的摩擦学性能。在干摩擦条件下,填充碳酸钙晶须可明显降低PEEK 基复合材料的CaCO 3/摩擦系数,随着碳酸钙晶须含量增加,

PEEK 复合材料摩擦系数持续降低,复合材料的

CO-Polymer Toughened Polymethyl Methacrylate Blends :Physico-Mechanical ,Optical ,Thermal and Chemical Properties [J ].Polymer-Plastics Technology and Engi-2009,(9):958-965neering ,

[7]E.Basavaraj ,B.Ramaraj,Siddaramaiah.Investigations on

the Influence of polytetrafluoroethylene powder as afiller on physico-Mechanical and wear characteristics of Nylon 66/graphiteComposites [J ].High Performance Polymers ,2012,(24):616-624

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J ].塑料,2012,(41):23-25性[

櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨(上接第20页)

参考文献

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2007,21(5):61-64州学院学报,

[2]李丽匣.韩跃新.陶世杰,碳酸钙晶须表面改性研究

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[11]项久兴.孙秋菊.武士威,等,碳酸钙晶须的应用研

J ].精细与专用化学品,2010,18(1):27-29究进展[

櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨(上接第22页)

PVC 分子的活动离,降低PVC 分子链间的作用力,性增大,使得PVC 手套拉伸强度降低,伸长率增大。

表1

不同DOTP 份数的PVC 手套的力学性能Tab.1Mechanic properties of PVC glove

has different DOTP phr

DOTP

用量60份70份80份90份100份

切片厚度/mm0. 0670. 0700. 0690. 0710. 072

拉力/N8. 457. 727. 126. 716. 33

拉伸强度/MPA21. 018. 417. 215. 814. 7

伸长率/%[**************]

剂。同时,在PVC 手套耐热、耐寒、耐抽出、耐迁移等方面DOTP 丝毫不逊于DOP ,这种新型的环保增塑剂已成为DOP 的替代品。PVC 手套行业起步较晚,需要改进完善的方面还有很多,其中研究开发新的安全可靠、高效无毒的环保增塑剂也是今后发展的一个重要的关注点。

参考文献

[1].聚氯乙操宏智.聚氯乙烯糊用降粘剂机理研究[J ]

1991,(3):4-9烯,

[2].国外塑龚浏澄.一次性PVC 手套行业发展概况[J ]

5结语

DOTP 已经成为了PVC 手套行业的主流增塑

2008,26(4):80-83料,

[3]蒋平平,张书源,冷炎,等.催化合成环保增塑剂研究

J ].增塑剂,2012,23(2):1-13及其应用进展[

碳酸钙晶须制备、表面改性及应用

(宜兴市光辉包装材料有限公司,214003)宜兴,

比较全面地介绍了碳酸钙晶须的特性、制备方法和实际应用情况,并重点介绍了碳酸钙晶

须应用于高分子材料时所需进行的表面改性处理方法。本文还指出了碳酸钙晶须尚需完善的研究内

容,以及良好的应用前景。

关键词碳酸钙晶须制备方法表面处理

doi :10.3969/j.issn.1672-6294.2017.01.004

应用

Preparation ,Surface Modification and Application of CaCO 3Crystal Whisker

Yang Tao

(Yixing Guanghui Package Material Co.,Ltd.,Yixing ,214003)

Abstract :The features ,prepared process and application of CaCO 3crytal whisker were introduced .The surface modification which is key step when used for polymers was introduced emphasisly.The researches in future and the application prospects were pointed out also.

Key words :calcium carbonate ; crystal whisker ; preparation ; surface modification ; application 无机晶须是指具有一定长径比(一般大于10)和一定截面积(一般小于52ˑ 10-5cm 2)的一属于短纤维类无机材料。由于晶须维单晶材料,

的晶体结构比较完整,内部缺陷较少,强度和模量均接近于完整晶体材料,所以具有高强度、耐热、耐磨、阻燃等优点,填充到聚合物中,可以将无机晶须的刚性、尺寸稳定性与高分子材料的韧性相结合,是复合材料的一种新型高性能增强增韧剂。目前,已经工业化生产的无机晶须主要有碳化硅、硼酸铝、硼酸镁、硫酸镁、钛酸钾、莫来石、氧化铝、氧化镁等,但其昂贵的价格阻碍了该类产品的全面推广使用。碳酸钙晶须是近年出现的一种性价比较优的新型晶须材料。它一般是以来源广泛、价格低廉的石灰石为原料,通过简单工艺低温下制成,制造成本低,晶须性能突出,无毒无害,是比较理想的无机晶须类市场化产品,具有很好的发展前景。

石型三种晶型。方解石与霰石皆是自然发生并常

见的两种碳酸钙多形体。霰石是天然的碳酸钙,球霰石则是人工生长的碳酸钙。霰石的晶格与方解石的晶格不同,所以晶体的形状也不同。

方解石属三方晶系,三组完全解理,解理平行菱面体;断口玻璃光泽,完全透明至半透明;硬度2. 7 3. 0,相对密度2. 6 2. 8。霰石为斜方晶系,呈长柱状延c 轴生长;解理清楚,贝壳状断口,玻璃光泽,透明至半透明;硬度3. 5 4. 0,相对密度2. 93 2. 95。文石为斜方双锥晶类,晶体常呈柱

k 等,c ,状。常见单形有斜方柱m 、平行双面b 、斜

方双锥等;解理不完全,贝壳状断口,玻璃光泽,断口油脂光泽,透明;硬度3. 5 4. 0,相对密度2. 94。

碳酸钙晶须(如图1),属于文石型结构。碳酸钙晶须的成型过程:在理想状态下,结晶是在碳

[1]

酸钙饱和溶液介稳区(介于稳定区与不稳定区之间,结晶不能自动进行,但如果加入晶种,则能诱导产生结晶)进行的。反应过程中控制反应条件,可使析出的溶质在晶种长度方向上有序生长,最终得到碳酸钙晶须。

1碳酸钙结晶与晶须

碳酸钙晶体可以分为方解石型、球霰石型、文

06-26收稿日期:2016-

决镁盐回收利用和进一步提高反应浆液浓度的

问题。

超重力场合成法,是在旋转填充转子高速旋转产生的超重力场中合成微细碳酸钙晶须,该法类似于超重力法制备纳米碳酸钙的方法。该法具有反应温度、乳液浓度低、控制剂用量少、反应时间短等优点,但该法需要在特定的超重力反应装置中进行,碳酸钙晶须的长径比也不够理想。

3

图1

Fig 1.

碳酸钙晶须的显微照片

碳酸钙晶须表面改性处理

当碳酸钙晶须添加到高分子材料中时,常因

尤其是使用分散不均而造成与基体的结合力差,

高填充量时,会导致复合材料的性能急剧下降,以

至于制品难以加工和使用。其主要原因是由于碳酸钙晶须表面碳酸根离子,有相当大的比例可被水解,导致粒子表面因存在大量的羟基而变为亲在有机介质中难于均匀分散,与基料之间水疏油,

没有结合力,造成界面缺陷。根据氢键作用理论,CaCO 3粒子干燥时,表面羟基相互作用形成氢键,粒子间依靠氢键作用而相互聚集,从而形成硬团以降聚。所以必须对碳酸钙晶须进行表面改性,低表面能,减小CaCO 3颗粒间的附聚力,改善在降低两相界面张基体中的分散性和分散稳定性,力,调节疏水性,提高与高分子材料之间的润湿性和结合力,从而改善复合材料的性能。

[2]

Microscopic photo of CaCO 3crystal whisker

2碳酸钙晶须制备

碳酸钙晶须最早是由日本丸尾公司进行工业

化生产的。目前,文献报道的制备方法主要有:可

2+2-

溶性Ca 盐与可溶性CO 3盐反应制备法、(NH 2)2CO 水解法、Ca (HCO 3)2加热水解法、

Ca (OH )2-CO 2气液反应合成法、超重力场合成法等

[1]

2+

。从工业化生产角度分析,可溶性Ca 盐

2-

Ca (OH )2-CO 2与可溶性CO 3盐反应制备法、

气液反应合成法、超重力场合成法更有实用价值。

但各种方法都有一定的局限性和弱势,需要进一步改进完善。

2+2-

可溶性Ca 盐与可溶性CO 3盐反应制备法,最大的弱点就是反应物的浓度不能太高。若

碳酸钙晶须表面改性可以借助轻质碳酸钙

和重质碳酸钙表面改性的研究成果,可以选用的改性剂种类较多,如偶联剂(钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂)、硬脂酸及其盐类、十八酸锌等。具体选用时,需要综合考虑基体材料的表面性质、改性产品的用途、质量要求、处理工艺以及表面改性剂的成本等因素。表面改性的核心是,减少碳酸钙晶须使用过程中的尽量提高碳酸钙晶须与基体树脂的自身团聚,

[3][2]

相容性。孙明赫、李丽匣等的研究均表明,硬脂酸钠对碳酸钙晶须的改性效果最好,改性后的碳酸钙晶须填充到PP 中,起到了较好的增强增韧作用。

碳酸钙晶须表面改性处理方法同普通碳酸钙产品一样,主要有两种:一种是直接混合法,把表面处理剂与晶须、基体树脂一起直接混合;另一种方法是先预处理晶须,使表面处理剂先包覆在晶须表面,然后再与基体树脂混合。两者相比,后一种处理方法效果更好一些。

想将较高浓度的可溶性碳酸盐溶液加入到可溶性钙盐溶液中,进行反应制备CaCO 3晶须,困难较大。为了能够提高反应物的浓度,往往需要向反应体系中添加各种晶型控制剂。此外,该法由于溶液浓度、温度的不均一,会影响CaCO 3晶须的纯度和均匀性。

Ca (OH )2-CO 2气液反应合成法,该方法类似于传统的轻质碳酸钙的生产方法,具有能耗低、工艺简单、原料丰富等特点,可实现大批量工业化生产。通常需要添加晶种以诱导成核,或需要添加晶型控制剂来控制晶体的有序生长,所采用的晶型控制剂,分为磷酸盐系列和镁盐系列两类。以镁盐作为晶型控制剂的Ca (OH )2-CO 2气液反应合成法,具有制备条件容易控制、反应体系简单、制得的晶须长径比大、纯度高等优点。但是,也存在镁盐使用量大,反应浆液浓度较低的缺点,因此为了提高生产效率和降低生产成本,必须解

4碳酸钙晶须应用

碳酸钙晶须与传统的粒状碳酸钙具有相同的组分,可以应用于一般碳酸钙的所有使用领域。除此之外,碳酸钙晶须还具有无机晶须高强度、高弹性模量等优点,相比纳米碳酸钙,其产能团聚可能性少,可以更有效的发挥增韧、增强作用。目前,碳酸钙晶须主要应用于增强塑料、摩擦材料、造纸等领域。4. 1增强塑料

能起到提高塑料拉碳酸钙晶须填充到塑料中,

伸弹性模量、弯曲弹性模量及抗冲击强度和改善塑料制品热稳定性及表面光滑性的作用。从国内外文献资料看,对碳酸钙晶须作为增强剂研究较多的PBT 、PVC 等。比较有代表材料有PP ,其次是尼龙、

[4][5]

性的研究成果有:刘庆峰等研究了采用不同填钛酸钾晶须、轻质碳酸钙)时填充料(碳酸钙晶须、

份数对PP 拉伸强度和冲击强度的影响。发现碳酸钙晶须填充的试样,其拉伸强度和冲击强度均随晶

[6]

须填充量增加而增加。曹有名等对比碳酸钙晶须和玻璃纤维改性尼龙66的研究表明,碳酸钙晶须增强的尼龙66的物性虽略低于玻璃纤维增强样品,但其熔体流动性好,制品表面光滑度高,可用于形状复杂(如齿轮)精密件成型。

总结碳酸钙晶须增强塑料的应用,具有以下特点:有纤维增强和填充能力;优良的表面光滑性能及很高的尺寸稳定性;加工性好;使用性能好;造价低廉。故在工程塑料方面具有广阔的市场前景。

4. 2摩擦材料

碳酸钙晶须耐温性好,用于摩擦材料可以显著提高耐磨性,而且碳酸钙晶须成本低廉,是替代碳石棉摩擦材料的理想产品。20世纪90年代,酸钙晶须就已被应用到作为摩擦材料的汽车刹车片和离合器中,用以防止高温下摩擦材料耐磨性能和摩擦系数的下降。林有希等

[8]

[7]

当磨损率也随着碳酸钙晶须含量的增加而降低,

晶须含量为15%时,磨损率达到最低。碳酸钙晶CaCO 3/PEEK复合材料仍有非须填充量30%时,

碳酸钙晶须还可常好的综合摩擦学性能。此外,

以大幅改善复合材料的极限PV 值,提高复合材

料的承载能力。4. 3

造纸

由于碳酸钙晶须具有特殊的柱状方向性,作造纸填料时能够与原纸表面平行而紧密地排列,而且其白度和填充性都很高,与用粒状碳酸钙填充的纸张相比,显示出优越的印刷适应性。尤其是在一些特殊要求的纸张中,更具有良好的应用前景。

张利等

[10]

研究表明,碳酸钙晶须添加到纸张

中,比传统的方解石型碳酸钙填料有更高的留着

更小的纸张强度降低率。性,4. 4

其他

能很好碳酸钙晶须还可作为涂料的增粘剂,的改善涂料的粘度,增加触变性,提高涂料的抗开附着力、粘结强度等性能。另外,碳酸钙晶须裂、

还可作为硅溶液和苯丙乳胶的增强剂。

此外,碳酸钙晶须可以作为生物活性材料应用于医药领域。例如,日本Takashi Sasaki 公司采用碳酸钙晶须为核、交联聚苯乙烯为壳的核/壳结构医用胶。以及Hiroshi Urayama 研究的将碳酸钙晶须作为左旋聚丙交酯降解塑料胶囊的填

[11]

充剂。

5结语

碳酸钙晶须像其他纤维状填充剂一样,使用中需要保持好晶须形态和外形尺寸(长径比),才能更好地发挥其功效和作用。但应用于复合材料

在共混过程中,晶须往往会受到树脂颗粒的碰时,

撞和冲击,以及机械设备搅拌部位的转动剪切而折断甚至破坏,而且熔融共混法制备材料时,树脂基体处于粘流态,晶须在基体中的分散性较差,这些因素都会使晶须对聚合物基的增强作用下降。这些也是碳酸钙晶须使用中需要格外注意,以及今后研究的重点。

尽管碳酸钙晶须还有很多制备、使用中的问题,有待进一步研究、完善和解决。但其具有发展潜力的高性价比,使其成为继纳米碳酸钙之后的

,又一新型填料,是碳酸钙家族的新“高富帅”具有很好的生产和应用前景。

(下转第34页)

研究表明,碳

酸钙晶须可以有效改善聚醚醚酮(PEEK )材料的

摩擦磨损性能,晶须填充量在25% 30%时,材料具有最佳的摩擦磨损性价比。李志方

[9]

研究

了以碳酸钙晶须和聚四氟乙烯(PTFE )填充聚醚醚酮(PEEK )的摩擦学性能。在干摩擦条件下,填充碳酸钙晶须可明显降低PEEK 基复合材料的CaCO 3/摩擦系数,随着碳酸钙晶须含量增加,

PEEK 复合材料摩擦系数持续降低,复合材料的

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櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨(上接第20页)

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櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨櫨(上接第22页)

PVC 分子的活动离,降低PVC 分子链间的作用力,性增大,使得PVC 手套拉伸强度降低,伸长率增大。

表1

不同DOTP 份数的PVC 手套的力学性能Tab.1Mechanic properties of PVC glove

has different DOTP phr

DOTP

用量60份70份80份90份100份

切片厚度/mm0. 0670. 0700. 0690. 0710. 072

拉力/N8. 457. 727. 126. 716. 33

拉伸强度/MPA21. 018. 417. 215. 814. 7

伸长率/%[**************]

剂。同时,在PVC 手套耐热、耐寒、耐抽出、耐迁移等方面DOTP 丝毫不逊于DOP ,这种新型的环保增塑剂已成为DOP 的替代品。PVC 手套行业起步较晚,需要改进完善的方面还有很多,其中研究开发新的安全可靠、高效无毒的环保增塑剂也是今后发展的一个重要的关注点。

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5结语

DOTP 已经成为了PVC 手套行业的主流增塑

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