論文綜述碳酸鈣填充聚氯乙烯pvc乳液的薄膜制備及印刷適性的研究

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文綜述</p><p>　　學(xué) 院 輕工學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 印刷工程 </p><p>　　導(dǎo) 師 梁多平 </p><p>　　學(xué) 生 周元 </p><p&g

2、t;　　學(xué) 號(hào) 201110830141 </p><p>　　2015年3月25日</p><p>　　碳酸鈣填充PVC薄膜制備及</p><p><b>　　印刷適性的研究</b></p><p>　　1 PVC乳液薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域及其國內(nèi)外的現(xiàn)狀</p><p>　　1.1 P

3、VC復(fù)合材料國內(nèi)外狀況</p><p>　　聚氯乙烯（PVC）是世界上最早被使用在工業(yè)化知道的塑料產(chǎn)品之一，由于其具有不易燃燒、對(duì)化學(xué)腐蝕有抗性、耐磨擦、對(duì)電有良好的絕緣及機(jī)械強(qiáng)度比較高等優(yōu)點(diǎn)，因而在工農(nóng)業(yè)、建筑、日常生活用品、包裝以及電力等方面廣泛的被應(yīng)用 [1]。開發(fā)高強(qiáng)、高韌、低成本的復(fù)合材料是當(dāng)前的一項(xiàng)重要研究課題。由于PVC樹脂的用量和產(chǎn)量僅僅低于聚乙烯樹脂，而且價(jià)格低廉、韌性很強(qiáng), 是優(yōu)良的工程結(jié)構(gòu)材

4、料, 因此, 無機(jī)物和PVC樹脂的復(fù)合材料是重要的研究方向。</p><p>　　在2011年2月的中西部科技期刊里，柳華和薄偉的文獻(xiàn)中寫到：在PVC中加入納米碳酸鈣，納米碳酸鈣用在塑料、橡膠等高分子材料中會(huì)有補(bǔ)強(qiáng)作用，產(chǎn)品的機(jī)械性能被提高；在條件不變、性能不變的情況下填料的用量需加大，生產(chǎn)成本將減少。因此，納米碳酸鈣的制備以及在塑料、橡膠、粘膠劑、油墨等在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用成為國內(nèi)的熱門研究，其中納米碳酸鈣在聚氯乙

5、烯的市場占有率最高。由于納米碳酸鈣與聚合物的親和性不好，表面能高，在制備過程中極易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，聚集體更易出現(xiàn)，造成在高聚物中分散不良，致使納米碳酸粒徑閑據(jù)提高在實(shí)際情況中，在PVC填充過程中會(huì)有發(fā)黃、灰暗、光澤度低、加工性能與平滑度差、表面產(chǎn)生麻點(diǎn)或顆粒等情況。這些狀況會(huì)困擾納米碳酸鈣產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用，將成為一個(gè)頸口 [2]。</p><p>　　PVC增韌改性一般是在樹脂中加橡膠類彈性體，但這會(huì)失去PVC

6、材料所擁有的的高剛性、高耐熱性和尺寸的高穩(wěn)定性。納米無機(jī)粒子與其他一般顆粒與塊體材料有明顯的區(qū)別，原因是納米粒子具有特別的表面、體積和量子效應(yīng)。如果使用納米粒子的特性進(jìn)行對(duì)高分子材料的改性，一方面可以增強(qiáng)材料的韌性，另一方面可以使材料剛性和強(qiáng)度有所提高。本文通過研究不同形狀的納米碳酸鈣對(duì)硬質(zhì)PVC力學(xué)和加工性能的影響，目的是為PVC納米復(fù)合材料的開發(fā)與應(yīng)用得出規(guī)律性的認(rèn)識(shí)[3]。</p><p>　　Amin A

7、l Robaidi發(fā)表在材料科學(xué)與應(yīng)用的期刊里表明在國外研究的碳酸鈣、高嶺土PVC聚合物矩陣包含復(fù)合材料的物理力學(xué)性能提高的非常大。實(shí)驗(yàn)研究碳酸鈣、高嶺土顆粒表面處理對(duì)高嶺土高嶺土填充PVC復(fù)合材料力學(xué)性能的微觀粒子用熔融共混的方法和SEM的手段研究、拉伸、沖擊試驗(yàn)。在不同濃度高達(dá)30重量百分比值是，已處理和未處理的高嶺土顆粒分散在PVC樹脂基體中?？估瓘?qiáng)度，彈性模量，可測量出各種填料負(fù)荷應(yīng)變，繼而得到的復(fù)合材料的破壞形態(tài)[4] 。&l

8、t;/p><p>　　1.2各種物質(zhì)填充PVC樹脂的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　近年來，基于煤的類別具有多樣性，而粉煤灰組分及占有的比例也是不同的?，F(xiàn)今，粉煤灰廣泛應(yīng)用于建筑材料領(lǐng)域。熊黨生在《摩擦學(xué)學(xué)報(bào)》上研究得出這樣的結(jié)果：如果在金屬材料里添加粉煤灰具有改變金屬耐磨性能的作用。聚氯乙烯（PVC）的特殊性是價(jià)格低廉，同時(shí)這種材料已經(jīng)廣泛地被使用在生產(chǎn)的不同領(lǐng)域。而若添加粉煤灰可以明顯地提高

9、PVC的物理機(jī)械性能.那么就可以以PVC為基材，同時(shí)采用不同的粒度和比例的粉煤灰進(jìn)行填充改性。最后，添加引入定量的助劑進(jìn)行共混和用熱壓方法制備出粉煤灰填充聚氯乙烯復(fù)合材料，就可以考察出復(fù)合材料的硬度及摩擦學(xué)性能[5]。</p><p>　　顧正亮和陳國榮曾在1995年的建筑材料期刊上發(fā)表了：硼泥作聚氯乙烯（PVC）填充材料的可行性，研究了硼泥填充PVC制品的不同的性能，使之與碳酸鈣填充PVC制品比較。其研究結(jié)果是

10、：硼泥填充PVC塑化和抗化學(xué)性能較好，而硼泥填充PVC的在力學(xué)性能方面與碳酸鈣填充PVC比較相似，因此硼泥能代碳酸鈣作PVC填充料[6]。經(jīng)過20多年的研究，本人翻閱很多資料，現(xiàn)在的硼泥的人效果已不如碳酸鈣填充的效果。</p><p>　　馬智茂，朱玉俊以及王笑玲在期刊上研究表明了：白云石粉的性質(zhì)及其表面處理時(shí)填充策氛乙烯材樸性能的影響。力學(xué)性能和流變性能的瀏試結(jié)果表明：表面活性荊NDZ－201是白云石的優(yōu)良表面

11、處理荊，經(jīng)它處理后的白云石鎮(zhèn)充體系的加工流動(dòng)性能及材料的力學(xué)性能都得到較大改菩，使白云石粉可能成為具有廣闊應(yīng)用前景的填充材桿[7]。</p><p>　　中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)刊登的《不同品種碳酸鈣填充PVC性能的研究》表明：納米鈣和包覆鈣的填充效果最好，分別使PVC的拉伸強(qiáng)度增加19%和17%的無缺口沖擊強(qiáng)度增加4倍以上；PVC的缺口沖擊強(qiáng)度增加3倍左右；復(fù)合鈣的填充效果居中，重鈣和輕鈣最差，多種碳酸鈣填充PVC以后

12、，原來PVC平整的顆粒輪廓出現(xiàn)了變化，納米鈣和包覆鈣形成了數(shù)量較多高低不平并且圓潤的表面，重鈣和輕鈣就會(huì)形成較多的裂紋和空穴[8]。</p><p>　　2本課題目前的主要研究內(nèi)容</p><p>　　在嚴(yán)海彪與潘國元共同發(fā)表的；活性碳酸鈣填充改性PVC復(fù)合材料的文獻(xiàn)中，研究了不同種類、不同粒徑的碳酸鈣粒子經(jīng)新型磷酸脂包覆處理后，填充改性PVC復(fù)合材料的常溫和低溫力學(xué)性能，并用SEM對(duì)復(fù)合

13、材料的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。試驗(yàn)表明：重質(zhì)碳酸鈣經(jīng)活化處理填充PVC，其力學(xué)性能改善，粒徑越小其力學(xué)性能越好；納米活性碳酸鈣對(duì)PVC復(fù)合材料有明顯增韌作用；隨活性碳酸鈣用量增加，PVC復(fù)合材料低溫沖擊強(qiáng)度變化規(guī)律與常溫下變化規(guī)律相似[9]。</p><p>　　目前，聚氯乙烯是在熱塑性材料中產(chǎn)量最大的，雖然這種材料存在脆性大、熱穩(wěn)定性差等不足，很大成都上限制了它在工業(yè)中的應(yīng)用。因此國內(nèi)外大量研究人員已經(jīng)開始了對(duì)

14、PVC的改性的研究，目的是為了提高PVC的力學(xué)性能，擴(kuò)大PVC的應(yīng)用范圍。其中，大量研究發(fā)現(xiàn)；相比之下，改性以后的納米碳酸鈣和PVC之間的界面作用與未改性碳酸鈣有所減弱。掃描電鏡照片（SEM）顯示，若添加改性針形碳酸鈣的聚氯乙烯的斷裂系韌性斷裂，其沖擊的斷面呈顯著的拉絲現(xiàn)象[10]。</p><p>　　劉亞雄在廣東化工期刊上發(fā)表論文，然后討論了通過在 PVC 中加入納米碳酸鈣進(jìn)行填充，實(shí)驗(yàn)表明：</p&g

15、t;<p>　　在復(fù)合性方面，在表面處理納米碳酸鈣的時(shí)候，多元復(fù)合酸、硬脂酸納和椰子油復(fù)合性比較優(yōu)良；</p><p>　　在陳化時(shí)間方面，納米碳酸鈣若經(jīng)過陳化以后，就可以改善其加工性能和分散性，時(shí)間最好控制在 2 ~ 4 天；</p><p>　　在納米鈣里添加 15 % ~ 25 %的重鈣比較理想，2000目的重鈣比粒徑大的1250目的重鈣效果更為優(yōu)良；</p>

16、;<p>　　在生產(chǎn)黑色料的時(shí)候，使用普通粉碎比較好。但是在生產(chǎn)淺色料的時(shí)候，使用超細(xì)粉碎則更優(yōu)[11]。</p><p>　　高分子材料科學(xué)與工程上面還報(bào)道了用圖象分析儀研究超細(xì)碳酸鈣填充硬質(zhì)聚氛乙烯材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：圖象分析儀可定量衣征鎮(zhèn)樸在基體中的分散程度，觀察填樸在墓體中聚集的精細(xì)結(jié)構(gòu)，襯填充材料性能差異的變化可作出滿意的解釋，是研究填充高分子材料的有效手段[12]。</p>

17、<p>　　這篇文獻(xiàn)中主要選擇的復(fù)合材料是：微米、亞微米和納米級(jí)碳酸鈣增韌聚氯乙烯，研究了填料粒度對(duì)聚氯乙烯(PVC)復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、材料力學(xué)性能和界面行為的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)少量碳酸鈣填充PVC復(fù)合材料使體系的加工流動(dòng)性變好，大粒徑顆粒填充PVC復(fù)合材料的流動(dòng)性能更好。納米級(jí)碳酸鈣／PVC復(fù)合材料斷面出現(xiàn)大量的拉絲結(jié)構(gòu)。采用納米碳酸鈣填充PVC可使材料產(chǎn)生脆韌轉(zhuǎn)變，顯著提高PVC復(fù)合材料的韌性；微米碳酸鈣對(duì)PVC基本上沒有

18、增韌作用，拉伸強(qiáng)度隨著填充量的增加而下降，而且粒徑越大拉伸性能下降的趨勢也越大。引入了TPT方程的半經(jīng)驗(yàn)參數(shù)B對(duì)不同粒徑的碳酸鈣填充PVC復(fù)合材料的界面粘接情況進(jìn)行定量描述，發(fā)現(xiàn)碳酸鈣顆粒粒徑越小，界面作用越大[13]。</p><p>　　有人也研究了碳酸鈣填充其他塑料，如這篇文獻(xiàn)主要論述了在聚乙烯塑料薄膜中使用碳酸鈣的種類、要求，填充母料的制作工藝及其中助劑的影響，碳酸鈣對(duì)PE等薄膜性能的影響及其環(huán)境可消納性

19、等。結(jié)論表明，碳酸鈣在PE等薄膜中的應(yīng)用大有可為[14]。</p><p>　　通過上述的研究，可以看出碳酸鈣對(duì)各種塑料都有影響。同時(shí)可以看出碳酸鈣填充后，成本也是降低的。通過此文獻(xiàn)了解到：如果碳酸鈣粉體經(jīng)過活化和造粒處理填充到聚乙烯薄膜時(shí), 可以讓填充制品成本變得更低。在不斷增加填充材料時(shí), 其加工性能呈現(xiàn)趨劣性, 單位質(zhì)量塑料產(chǎn)品的體積變小。當(dāng)然也不是無限制添加，測算以后, 使用填充劑后成本的下降遠(yuǎn)遠(yuǎn)地彌補(bǔ)了

20、由于體積變小所帶來的損失。在薄膜制品方面, 填充量在小于10%時(shí)，其效益不明顯增加; 但是若超過30%時(shí), 會(huì)較難穩(wěn)定成膜, 最終會(huì)影響成品質(zhì)量[15]。</p><p>　　本論文也用增塑劑和塑化劑，所以這篇文獻(xiàn)介紹了聚氯乙烯的增塑機(jī)理，常用增塑劑的種類及其應(yīng)用現(xiàn)狀。重點(diǎn)介紹了鄰苯二甲酸二辛酯和鄰苯二甲酸二丁酯的合成工藝和催化劑的選擇，并展望了鄰苯二甲酸二辛酯和鄰苯二甲酸二丁酯的合成發(fā)展趨勢[16]。</

21、p><p>　　薄膜制備完后，還要進(jìn)行其他的后續(xù)實(shí)驗(yàn)，用全反射紅外技術(shù)對(duì)聚氯乙烯薄膜及其膠帶進(jìn)行了增塑劑遷移性能研究。增塑劑遷移經(jīng)一定時(shí)間后達(dá)到平衡，測出聚氯乙烯薄膜中增塑劑遷移的擴(kuò)散系數(shù)約為0.1nm2/min。實(shí)驗(yàn)證明：影響其增塑劑遷移性能的因素是催化劑的類型、用量及膠粘劑的種類[17]。</p><p>　　張亨[18] 的研究結(jié)果表明：若果需要提到高聚物復(fù)合材料，在要求無機(jī)物填料具有增

22、量和降低成本的功能之外，更重要讓材料的理化性能得到改善。粒徑微細(xì)化、化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、表面活性化則是提高無機(jī)物填料填充增強(qiáng)和其他性能最主要的途徑。 </p><p>　　秦武昌[19]等在其他方面也證明的聚氯乙烯薄膜成本更低，在農(nóng)業(yè)中PVC比PE更適合。最好也選用聚氯乙烯長壽無滴膜和多功能復(fù)合膜，盡量不用普通聚乙烯膜，以達(dá)到低投入、高產(chǎn)出、高效益的目的。這篇文獻(xiàn)是對(duì)PVC的成本研究。</p>

23、<p>　　盧軍[20]等在文獻(xiàn)中提出了聚氯乙烯制品由于加工方便、用途廣泛及成本低廉，趁來越受到人們的重視，隨著聚氯乙烯軟制品的發(fā)展，增塑劑也將有一個(gè)大的發(fā)展。試驗(yàn)中我也用到了增塑劑和塑化劑DBP和DOP，所以對(duì)他們也進(jìn)行了一點(diǎn)研究。</p><p>　　3 本課題的發(fā)展趨勢及研究意義</p><p>　　2009年，中國氯堿工業(yè)協(xié)會(huì)總結(jié)分析了中國燒堿和聚氯乙烯行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

24、。并提出現(xiàn)今的發(fā)展?fàn)顩r是：速度快，產(chǎn)能高，技術(shù)水平提高，但產(chǎn)品質(zhì)量、品種和應(yīng)用等方面則存在明顯的差距。并且也提出了聚氯乙烯行業(yè)的發(fā)展[21] 。 </p><p>　　孟祥龍[22]等在文獻(xiàn)中介紹了中國聚氯乙烯的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了聚氯乙烯行業(yè)存在的問題，提出了開拓下游市場，開發(fā)特種樹脂為手段的建議，從而解決工業(yè)不平衡的問題。</p><p>　　余仲儒[23]等從專利分析的視角可以看出，我

25、國的PVC材料的技術(shù)創(chuàng)新與國外企業(yè)相比，雖然總體數(shù)量較多，但是申請(qǐng)人分散，技術(shù)持續(xù)研究性不強(qiáng)，核心技術(shù)較少，企業(yè)缺乏專利布局意識(shí)，所以請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有形成專業(yè)化和系列化。因此，面對(duì)的產(chǎn)量過剩的問題，PVC的發(fā)展應(yīng)當(dāng)從特種、專門化PVC新材料入手，提高自主創(chuàng)新能力，拓展創(chuàng)新思路，是PVC行業(yè)得到健康、可以持續(xù)性發(fā)展。</p><p>　　劉英俊在文章中總結(jié)出：碳酸鈣在塑料工業(yè)中的應(yīng)用取得的成績顯著，已經(jīng)成為塑

26、料行業(yè)不可缺少的重要原材料。兩個(gè)行業(yè)之間的相互影響和互相促進(jìn)將成為22世紀(jì)行業(yè)持續(xù)性發(fā)展的特征。在未來的發(fā)展中，碳酸鈣行業(yè)中有實(shí)力的企業(yè)一方面要把碳酸鈣產(chǎn)品的質(zhì)量提高，另一方面需要深度地反戰(zhàn)以碳酸鈣為主料的新型塑料產(chǎn)品。比如；南京歐米亞精細(xì)化工有限公司，過去曾經(jīng)因?yàn)槌?xì)重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品缺少大的銷路生意不佳，后來經(jīng)過該企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)和科技人員的努力，在制造出大量超細(xì)重鈣并應(yīng)用在塑料電纜料中。如今企業(yè)獲得了巨額的利潤。若碳酸鈣行業(yè)人員了解如何把塑

27、料加工的技術(shù)運(yùn)用在自己的產(chǎn)品生產(chǎn)中，并自行開發(fā)出以碳酸鈣為主料的深加工產(chǎn)品，那么我國的碳酸鈣產(chǎn)品在不遠(yuǎn)的未來就會(huì)呈現(xiàn)更好的局面和更為寬闊的應(yīng)用[24]。 </p><p>　　蔡永源[25]在莆田高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)上發(fā)表了關(guān)于綜述世界主要國家，地區(qū)及我國聚氯乙烯工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，產(chǎn)業(yè)最新動(dòng)向，對(duì)我國今后聚氯乙烯工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及有關(guān)產(chǎn)銷售，市場需求戰(zhàn)略性政策的制定建言的文章，寫出通過聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展對(duì)國民經(jīng)濟(jì)可持

28、續(xù)發(fā)展的殷切希望。</p><p>　　E.Sabri Kayali[26]在外國期刊上提出PVC材料的使用非常有利于環(huán)境保護(hù)，其自身的安全性是非常理想的。PVC與添加劑混合、塑化后，利用三輥或四輥壓延機(jī)制成規(guī)定厚度的透明或著色薄膜，用這種方法加工薄膜，成為壓延薄膜。也可以通過剪裁,熱合加工包裝袋、雨衣、桌布、窗簾、充氣玩具等而應(yīng)用廣泛。針對(duì)聚氣乙烯膜的功能特點(diǎn)及其用途，介紹了聚氣乙烯膜的應(yīng)用種類，研究了聚氯乙烯

29、薄膜配方設(shè)計(jì)要點(diǎn)，分析了聚氣乙烯吹塑薄膜增塑劑系統(tǒng)的選擇，提出了聚氣乙烯薄膜的制作工藝。</p><p>　　經(jīng)過國外研究人員多年的不懈努力，N.Demirkola,F 表明碳酸鈣填料PVC已經(jīng)取得長足發(fā)展，但仍存在很多問題需要我們?nèi)ソ鉀Q。其中PVC的穩(wěn)定性和分散效果是影響復(fù)合材料性能的關(guān)鍵。將來PVC復(fù)合材料所要研究方向主要集中在以下幾方面：利用復(fù)合材料本身的奇特性能，將復(fù)合材料的應(yīng)用范圍擴(kuò)展開來[27]；來使

30、材料的制備的工藝能更加的方便和經(jīng)濟(jì)。從根本上講，一個(gè)質(zhì)量合格的產(chǎn)品還不能稱之為商品，產(chǎn)品必須經(jīng)過包裝技術(shù)和其他物流銷售技術(shù)的處理，才能變?yōu)槭质袌鰵g迎的商品。在當(dāng)今市場商品競爭的諸多因素中，商品的包裝設(shè)計(jì)以及質(zhì)量和價(jià)格是三個(gè)主要的影響因素，因此對(duì)PVC乳液薄膜的力學(xué)性能及印刷適性的研究是很有意義的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1

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