碳酸钙对聚乙烯PE的性能改性

聚乙烯（PE）是工业生产中受关注度最高的塑料之一，具有耐低温优良、耐大多数酸碱侵蚀、化学稳定性好、成型快和可操作性强等优点，广泛应用于包装、建材、汽车、生物等领域。但因其存在耐热性差、力学性能相对较低等缺陷，限制了其进一步应用。超细碳酸钙（CaCO3）粒径小、分散性好，具有减少塑料中的气孔和空隙及使塑料的收缩更均匀的优点，将其填充在聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等塑料中，可提高塑料制品的硬度、尺寸稳定性和刚性。

但大量研究已经表明，只采用碳酸钙或其他一种填料填充改性聚合物或改性其他材料，往往达不到最理想的效果，性能提升比较单一。多种非金属矿物粉体复配改性，效果往往更好，可以提升材料综合性能，现在研究应用也越来越多。研究表明，纳米CaCO3可提高聚乙烯复合材料的相容性和热稳定性，甘蔗渣纤维（BF）可提高复合材料的结晶度和韧性，二者能有效提高复合材料的机械性能和力学性能。1聚乙烯的分类PE按其化学结构、相对分子量以及聚合方法的不同来划分，主要可分为低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）三大类。

低密度聚乙烯简称（LDPE），相对分子量分布较宽，结晶度较低，剪切变稀行为敏感，在成型加工过程中可产生应变硬化现象，所以LDPE具有较好的光学性能和加工性。因为晶区的杨氏模量较非晶区高很多，所以LDPE的刚性及拉伸强度较低，但韧性及断裂伸长率较高。LDPE主要用在塑料包装袋、农用薄膜、注塑制品等方面。

高密度聚乙烯（HDPE），韧性、刚性、以及力学性能都较高，但容易老化变形，表面硬度较低。HDPE可用于管材、注塑、吹塑、渔网、绳子、包装薄膜等制品，且HDPE的绝缘性较好，可用作电线电缆的包裹材料，还有一些家电外壳。

线性低密度聚乙烯（LLDPE）是近年来新开发并得到迅速发展的一种新类型聚乙烯，它是乙烯和一烯烃的共聚物。线性低密度聚乙烯与低密度聚乙烯相比，外观相似，表面光泽性好，耐低温性更好，但是透明性较差。目前LLDPE几乎渗透到所有的传统聚乙烯市场，包括薄膜、模塑、管材和电线电缆。2聚乙烯改性单一聚乙烯有耐热老化性能不足，低温环境下易脆，硬度低、耐冲击力差等力学性能缺陷，因此改性处理必须有针对性。目前，PE的改性主要包括化学改性和物理改性两种改性方法。物理改性中填充增强改性是向聚乙烯中加入改性剂，经过混炼制备的共混物或者复合材料，以此提高聚乙烯某些性能或者赋予聚乙烯新的性能。目前常用的无机填料主要有碳酸钙、石英粉、木粉纤维、稻草/甘蔗纤维、二氧化硅、晶须、玻璃纤维、高岭土、玻璃微珠、滑石粉、石墨、碳纳米管等。通过向聚乙烯中添加这类增强填料，既可以降低成本，又可以提高制品的刚性、强度、尺寸稳定性、耐热性、磁性、导电性等性能。

探其原理，无机粒子本身耐热性和强度就很高，而且无机粒子对聚乙烯的结晶过程有很大影响，它们作为无机成核剂可以直接影响聚乙烯树脂的强度、刚度以及耐热性能等关键指标。3碳酸钙改性碳酸钙作为一种多功能性的无机填料，与高分子材料配合使用时存在两个缺点：一方面是表面亲水疏油，极性强，与有机主体的疏水亲油的低极性的特性相反，难以与高分子基体进行结合；另一方面是碳酸钙与聚合物结合力差，只能起到增溶作用，而且过量的碳酸钙会导致聚合物材料性能产生明显的下降，从而使产品在制造加工过程中难以进行。

实际应用中碳酸钙与聚乙烯之间要有良好的界面结合，且碳酸钙的粒径要小，分散性要好。因此，碳酸钙必须进行改性处理。用钛酸酯偶联剂改性／碳酸钙，偶联剂中存在的烷基部分在改性过程中易于水解与碳酸钙表面的-OH结合，能使碳酸钙表面性质变为疏水；另一端的三个结构可以与聚合物发生缠绕或者化学结合，从而改善碳酸钙与高聚物的界面相容性及碳酸钙在该体系中的流变性和分散稳定性，进而提高了复合材料的机械性能和力学性能。酞酸酯偶联剂改性原理4无机粉体填充改性聚乙烯分别利用钛酸酯偶联剂（KH101）和硅烷偶联剂（KH570）改性CaCO3和SiO2作填充物，并以HDPE作基体制得二元、三元PE复合材料。研究表明：改性纳米微粒在基体中的分散提升，团聚现象降低，二元复合材料拉伸强度和冲击强度随CaCO3和SiO2含量的增加而先升后降。当SiO2的掺杂量为7wt%时，PE/SiO2复合材料的综合性能最优；当CaCO3掺杂量为15wt%时，PE/CaCO3复合材料的综合性能最好。在PE/CaCO3/SiO2复合材料中，当碳酸钙和SiO2的掺杂量为25wt%和7wt%时，拉伸强度和缺口冲击强度分别提升17.6%和34.5%，保证协同效应，达到较好的综合性能。

以纳米碳酸钙共混SBS/HDPE研制高性能复合材料，研究表明：纳米碳酸钙和SBS/高密度聚乙烯共混物冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率随着纳米碳酸钙质量分数变化都呈现开口向下的抛物线形变化。由于共混物冲击性能、拉伸强度、断裂伸长率基本呈同步变化，可以得出纳米碳酸钙能够对共混物起到既增韧又增强的作用。在纳米碳酸钙质量分数达到共混物总质量的15%时共混物的综合性能最优。

将不同比例的CaCO3晶须与木粉、HDPE进