发泡PVC原位复合纳米CaCO3母料的研究

微孔PVC/纳米CaCO3母料的制备工艺研究

鲁圣军 熊传溪 董丽杰

（武汉理工大学材料科学与工程学院 武汉 430070）

关键词：微孔PVC/纳米CaCO3，原位法，结构

纳米粒子对通用塑料的增强和增韧可以实现通用塑料的工程化[1,2]。近年来，人们在纳米技术改性聚氯乙烯塑料方面做了大量工作，大大提高了其性能，拓宽了聚氯乙烯的应用领域。纳米碳酸钙是20世纪80年代发展起来的一种新型超细固体材料，其主要特点是粒径小，粒子大小均匀，比表面积大；作为一种廉价的纳米粒子，用作塑料填料，可以提高塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量，热变形温度和尺寸稳定性。将纳米碳酸钙经过表面处理后再与塑料共混是制备纳米碳酸钙塑料的常用方法，但纳米粒子即使经过了表面处理，还是容易团聚，达不到提高应有力学性能的目的[3,4]。

对PVC颗粒进行微发泡处理，让纳米CaCO3在微发泡PVC的孔洞中受限原位复合，可以制备微孔PVC /纳米CaCO3母料。将微孔PVC /纳米CaCO3母料与PVC共混加工制得的PVC/纳米CaCO3复合材料具有优良的力学性能且纳米CaCO3粒子在PVC基体中分散均匀，不团聚[5,6]。本文在前期工作的基础上, 研究了Ca2＋-H2O-CO32-和Ca(OH)2-H2O-CO2两种反应系统中及各系统中乳化剂对CaCO3的复合量及形态结构的影响。 *

1.实验部分 鼓泡碳化法：将一定量微发泡PVC、新配置氢氧化钙悬浊液中及复合高分子乳化剂（主要成分是聚乙二醇和聚乙二醇辛基苯基醚）加入到三口瓶中充分搅拌。然后通入二氧化碳气体一定时间后结束反应。反应后混合物经多次水洗、抽滤并在真空干燥箱中经充分干燥后既得产物。

水溶液离子法：将一定量微发泡PVC、新配置氯化钙饱和溶液复合高分子乳化剂加入到三口瓶中充分搅拌，然后将一定量碳酸钠饱和溶液在一定时间内缓慢滴入反应体系中，搅拌一定时间后结束反应。反应后混合物经多次水洗、抽滤并在真空干燥箱中经充分干燥后既得产物。

将微孔PVC /纳米CaCO3母料表面作喷金处理，利用JSM-5610LU型扫描电镜观察颗粒形貌。

基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(编号: 2002AA333110)

* ： 通讯联系人

2.结果与讨论

Fig.1a Fig.1b

Fig.1c Fig.1d

Fig.1 SEM micrographs of Microporous PVC/CaCO3 nanocomposite prepared by means of Ca(OH)2-H2O-CO2 (a) no treated by emulsifying agent (b) Magnified part of a (c) treated by emulsifying agent (d) Magnified part of c. 图1是在Ca(OH)2-H2O-CO2体系下原位复合所生成的微孔PVC/CaCO3纳米复合母粒的SEM图。从图中可以看出，加入乳化剂后，CaCO3的复合量增大，粒径变小。这是由于乳化剂能降低PVC的表面张力，能让更多的氢氧化钙悬浊液进入PVC中微孔和黏附在PVC的表面，就能生成更多的CaCO3。乳化剂的加入还可以降低初生CaCO3粒子的表面张力，减少CaCO3粒子间的团聚，因而所生成的CaCO3的粒径变小。

图2是在Ca2＋-H2O-CO32体系下原位复合所生成的微孔PVC/CaCO3纳米复合母粒的SEM图。从图中可以看出，与Ca(OH)2-H2O-CO2体系相同，乳化剂的加入能降低PVC的表面张力，让更多的反应物进入PVC中微孔和黏附在PVC的表面，也能降低初生CaCO3粒子的表面张力，减少CaCO3粒子间的团聚，因而CaCO3复合量增

大，粒径变小。

Fig.2a Fig.2b Fig.2c Fig.2d

Fig.2 SEM micrographs of Microporous PVC/CaCO3 nanocomposite prepared by means of Ca2＋-H2O-CO32 (a) no treated by emulsifying agent (b) Magnified part of a (c) treated by emulsifying agent (d) Magnified part of c.

比较图1和图2可以看出，在Ca2＋-H2O-CO3体系下CaCO3的复合量远大于在Ca(OH)2-H2O-CO2体系下CaCO3的复合量。这是由于在Ca2＋-H2O-CO3体系下，反应的控制步骤是Ca(OH)2的溶解或是CO2的吸收反应。由于氢氧化钙悬浊液比Ca＋-H2O-CO32体系下反应物离子更能进入PVC的微孔，常压下敞开反应体系下渗入PVC微孔中的CO2量也很少，所以相同反应时间内CaCO3的复合量少的多。

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3. 结论

在Ca2＋-H2O-CO32体系下CaCO3的复合量远大于在Ca(OH)2-H2O-CO2体系下CaCO3

的复合量。在两个体系下，乳化剂的加入能使CaCO3的复合量增大，粒径变小。

参考文献

[1]Wang H, Mei M, Jiang Y, et al. A study on the preparation of polymer/montmorillonite nano-composite materials by photo-polymerization Polym Int, 2002, 51: 7-11.

[2] Ruckenstein E, Yuant Y. Nanocomposites of rigid polyamide dispersed in flexible vinyl polymer. Polymer, 1997, 38: 3855-3860.

[3] Wu CL, Zhang M Q, Rong M Z, et al. Tensile performance improvement of low nanoparticles filled-polypropylene composites.Cavicchi, Applied Surface Science, 1998, 127-129: 398-402

[4] Lauter-Pasyuk V, Lauter H J, Ausserre D, et al. Effect of nanoparticle size on the internal structure of copolymer-nanoparticles composite thin films studied by neutron reflection. Physica B, 1997, 241-243: 1092-1094

[5熊传溪，汪庆刚，王涛等．PVC的微发泡处理及PVC/CaCO3的原位复合研究[J]. 过程工程学报, 2004, 4(4):347～351.

[6] C. X. Xiong, SH. J. Lu, et al. Microporous polyvinyl chloride: novel reactor for PVC/CaCO3 nanocomposites. Nanotechnology, 2005，16: 1～6.

Study on the Preparation of Microporous-PVC/nano-CaCO3

Composite Particles Shengjun Lu, Chuanxi Xiong, Lijie Dong School of Materials Science and Engineering, Wu Han University of Technology, Wuhan 430070, People’s Republic of China Abstract: This article describes the preparation of microporous-PVC/nano-CaCO3 composite

particles by an in-situ method. The effect of reaction system and emulsifying agent in each reaction system respectively on the generated quantity of CaCO3 and its structure is discussed. The morphology and structure of microporous-PVC/nano-CaCO3 composite particles was studied using scanning electron microscopy (SEM).

Key words: microporous-PVC/nanometer CaCO3, in-situ method, struture