碳酸鈣是一種重要的功能性無(wú)機(jī)填料，具有價(jià)格低廉、無(wú)毒、無(wú)味、色澤好、白度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于塑料中。在樹脂中添加碳酸鈣，不僅可以降低制品的成本，還可使聚合物的剛性、尺寸穩(wěn)定性、堅(jiān)硬度和力學(xué)性能得到有效改善。
但是，由于碳酸鈣表面有許多羥基，與有機(jī)高分子材料不能很好的相容，且自身易團(tuán)聚造成分散性變差，從而給塑料制品的生產(chǎn)加工及使用性能帶來(lái)了一系列問(wèn)題。
粉體表面改性是解決團(tuán)聚和不相容問(wèn)題的最有效方法之一，而鈦酸酯和硅烷是應(yīng)用最廣泛的偶聯(lián)劑，根據(jù)反應(yīng)機(jī)理，鈦酸鹽是不需要水縮合的質(zhì)子反應(yīng)物，硅烷是需要水縮合的羥基反應(yīng)物。當(dāng)碳酸鈣的表面與可降解聚酯（例如聚對(duì)苯二甲酸/己二酸丁二醇酯PBAT）結(jié)合時(shí)，更適合用硅烷偶聯(lián)劑改性。這是因?yàn)楣柩跬槟芘cCaCO3和PBAT表面殘留的水分子發(fā)生反應(yīng)，減緩分子鏈的降解速度。
北京工商大學(xué)翁云宣教授/張彩麗副教授等采用不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑改性微米碳酸鈣，并將其與PBAT復(fù)合，制備出了使用性能與PE膜接近的PBAT/CaCO3薄膜，攻克了高填充量微米級(jí)碳酸鈣與生物降解塑料共混時(shí)分散性差及易團(tuán)聚的難題。
圖1 PBAT/CaCO3膜的制備及應(yīng)用
通過(guò)在無(wú)水干燥和有水潮濕兩種不同的環(huán)境下對(duì)純PBAT膜及PBAT/CaCO3膜進(jìn)行人工老化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：
?。?）在兩種不同的老化條件下，純PBAT膜的降解速率最快。添加碳酸鈣后，由于碳酸鈣的遮光作用，降解速率延遲。
?。?）對(duì)于含有硅烷改性碳酸鈣的薄膜，表面改性后碳酸鈣的分散性和與基體的結(jié)合性都得到了改善。與未改性碳酸鈣薄膜相比，其遮陽(yáng)效果得到改善，抗老化功能增強(qiáng)。
?。?）在兩種不同的老化條件下，PBAT在水霧條件下的降解速率高于在干燥條件下，這是由于水解加速了PBAT的降解速率。然而，硅烷包覆碳酸鈣薄膜的力學(xué)性能在水噴霧條件下比在干燥條件下下降更慢。雖然水解反應(yīng)加快了PBAT的分子量降低速度，但同時(shí)，硅烷分子在水存在的情況下自交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)，彌補(bǔ)了PBAT基體因分子量降低而喪失的力學(xué)性能。
?。?）由于實(shí)際環(huán)境中存在水分子，對(duì)延長(zhǎng)PBAT/CaCO3膜在實(shí)際環(huán)境中的使用壽命至關(guān)重要。因此，PBAT/CaCO3復(fù)合薄膜有望作為傳統(tǒng)地膜應(yīng)用的可行替代品。
資料來(lái)源：高分子科學(xué)前沿
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