[精品]纳米碳酸钙填充纳米复合材料的研究进展.doc

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1、引言：众所周知，碳酸钙作为一种普通的无机化工产品被广泛的应用于橡胶，塑料等行业。以往的碳酸钙经常被作为产品的填料，以降低成本和增量。近年来，随着人们对于复合材料的研究逐步细化和完善，碳酸钙的粒径也被超细化，达到纳米量级，伴随着表面处理工艺的发展，纳米碳酸钙填充的复合材料由于自身补强增韧的优异性能，使其在塑料，橡胶的工业生产屮广泛应用，制备纳米碳酸钙的方法有很多，其小比较先进的有超重力法，而与纳米碳酸钙复合的材料也不再局限于PVC,PE,PP,国内外的研究表明，纳米碳酸鈣与聚四氟乙烯也会体现出优异的力学性

2、能。纳米碳酸鈣的改性工艺也正在高速发展，其屮就有使用稀土金属和过渡金属对纳米碳酸钙进行表面改性的新方法。正文：一，纳米碳酸钙的发展历史及国内外的研究概况。碳酸钙根据制造方法，平均粒径，晶型和表面处理方法可分为普通轻质碳酸钙和超微细碳酸钙。碳酸钙最早生产从英国的伯明翰公司开始。口1850年他们用氯化钙和碳酸钙作为原料生产沉淀碳酸钙以来，碳酸钙的研究与生产取得了很大的进展，到了20世纪80年代，已经成功合成了"无定形”碳酸钙，FI前超微细碳酸钙粒径已达到0.005umo由于在生产屮用机械粉碎法无法得到粒径达

3、纳米量级的碳酸钙，所以-•般用化学合成法制备。日本现在对于碳酸钙的研制生产应用处于国际领先地位，已经能生产出各种形状的产品50余种，美国则倾向于碳酸鈣在造纸，涂料方面的应用。英国主要从事填料专用的超细碳酸鈣的研制，近20年英国在汽车報料专用碳酸鈣领域起到垄断地位。而我国在超细碳酸钙方面还处于詁种少，数量低，生产工艺相对落后水平。高档的超细碳酸钙依然从国外进口。故加强研制开发新型高档超细碳酸钙，既是我们在塑料，橡胶等行业的需要，更是我国碳酸钙发展的首要H标。二，纳米碳酸钙填充天然橡胶复合材料的研究进展。碳

4、酸钙橡胶纳米复合材料是近年來兴起的一种新型复合材料。与传统的炭黑，白炭黑作为补强剂的橡胶材料相比，热学，力学性能大大改善。我国采用纳米碳酸钙对硅橡胶，粉末橡胶进行高性能改性。在对众多科研工作者的研究进行分析后,我总结出一个规律，都是将纳米碳酸鈣作为''核”，高分子电解质作为包覆剂，可以理解为''壳，这种核壳结构可以改善橡胶制品的的整体性能。很多研究屮，使用的包覆剂都是高分子聚合物，而最新的研究发现，使用稀土金属和过渡金属作为改性剂对于橡胶性能的增强比高聚物改性更显著。增强原理是由于稀土元素Ln和过渡金属

5、Tm的空轨道对高分子碳碳双键和一些极性基团都有络合作用。可改变界面处分子形态。从而可以显著改善橡胶力学性能。三，纳米碳酸钙填充PVC复合材料的研究迸•展。首先，PVCR前是在塑料屮产量居世界第二位，用量之大足可以证明它在口常生活生产屮举足轻重的地位。而对于PVC的性能优化，也这是各国学者们争相研究的课题。PVC—•方面可以作为无机填料，降低生产成本和节省树脂，另一方面可以改善材料的硬度，弹性模量，尺寸稳定性和热稳定性，但它并不是完美的，耐冲击强度差，加工性能差是其不足之处。而利用纳米碳酸钙来改性PVC,

6、则可以帮助它克服这些缺点。究其原因是由于纳米级的碳酸钙具有很人的比表面积，能够增强与树脂的结合力。最新的研究表明使用硅烷偶联剂和氯化聚乙烯可以对碳酸钙进行表面处理，作为联合改性剂最终提高PVC的韧性。简单来说，未填充改性剂的PVC半受到外力冲击吋，外力达到引发银纹的临界应力，银纹继续发展最终会导致体系出现裂纹，破坏材料。填充纳米碳酸钙和CPE后，纳米碳酸钙会降低引发银纹的临界应力，使材料比Z前更快的出现微小的银纹，血这些银纹起到的是吸收来自外界的冲击能的作用。CPE则是减缓银纹扩张的速度，提高材料的韧性

7、。硅烷偶联剂则是提高纳米碳酸鈣的补强能力。改性PVC的方法还有使用铝酸酯偶联剂，硬脂酸和超分散剂来改性，也能够很好的改善PVC的力学性能。四，纳米碳酸钙填充HDPE复合材料的研究进展。在研究无机填料填充热塑性塑料时，我们不得不考虑的问题就是两种物质相容性的问题，填料和聚合物基体是否有很好的界面相容性是影响材料整体性能的关键因索。而对于纳米碳酸鈣与高密度聚乙烯复合相容性好坏的问题，许多学者也进行了大量研究。由于碳酸钙是极性的，聚乙烯是非极性的，两者极性上形成的强烈反差导致了碳酸钙不能很好的分散在聚合物基体

8、屮，从而影响了材料的力学性能，使Z下降。H前的研究考虑向体系屮添加相容剂HDPE—g—MAH,这可与填料发生化学反应形成离子键。用此方法可以使复合材料获得优良的力学性能。首先研究的是该相容剂的制备方法。使用的是双螺杆挤出熔融接枝的方法获得HDPE—g—MAHo接下来向碳酸钙聚乙烯体系屮加入相容剂，接枝聚乙烯以其长的乙烯链段与HDPE人分子链很好地亲合，同吋又通过接枝在分子链上的MAII基团与CaCO3,填料表而形成牢固的化学结合。因为HDP