一種使用納米碳酸鈣填充改性提高聚碳酸亞丙酯玻璃化溫度的方法

徐曉燕

（內蒙古蒙西高新技術集團有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 016014）

聚碳酸亞丙酯（Polypropylene Carbonate，PPC）是二氧化碳與環氧丙烷的共聚物。由于該共聚物具有完全生物降解性能且反應可以吸收二氧化碳，具有雙環保作用。因此PPC的聚合和其應用研究是目前高分子領域的研發熱點。

聚碳酸亞丙酯是非晶態聚合物，玻璃化溫度在35℃左右，在貯存和運輸過程中容易結塊，并且對下游廠家的應用帶來影響，阻礙其市場化推廣。市場上目前使用的方法PPC的性能雖然提高了，但不適宜大規模工業化生產，市場推廣仍然比較困難。因此為適應PPC的工業化生產和市場化推廣的要求，必須尋找一種原材料易得，設備普通，加工工藝簡單的提高PPC玻璃化溫度的方法。

本方案用納米碳酸鈣填充改性提高PPC玻璃化溫度的方法，該方法非常適宜大規模化生產。

具體方法為：用親油改性后的納米碳酸鈣對PPC進行填充改性，把PPC玻璃化溫度提高。首先加入PPC和納米碳酸鈣以及封端劑和潤滑劑在高速攪拌機中在不高于35℃的情況下冷混5～10鐘，根據設備情況攪拌速率可以為500～1500轉/分鐘。然后把冷混料在螺桿擠出機進行擠出造粒，擠出造粒的溫度不超過170℃。根據所加納米碳酸鈣的量的不同，所得粒料的玻璃化溫度可以達到50℃以上。解決了PPC的玻璃化溫度低的問題。

本方法的原理在于：用親油改性后的納米碳酸鈣可以增加其與PPC的相容性，同時提高其在PPC中的分散性；在高速攪拌機中在不高于35℃的情況下進行冷混，能保證在混合過程中PPC不結塊且與納米碳酸鈣混合均勻；加入封端劑為了保證PPC在加工過程中PPC不進行拉鏈式熱分解；加入潤滑劑是為了加工工藝的順暢，提高加工效率；擠出造粒的溫度不超過170℃可以保證在加工過程中PPC不進行熱分解或分解很少。

本方法的工藝簡單、設備普通。加工工藝只有在高速攪拌機中冷混和在螺桿擠出機中擠出造粒兩個步驟；所使用的設備為非常普通的高速攪拌機和雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機。非常適宜工業化生產。

本方法所使用的原材料簡單易得。納米碳酸鈣由蒙西集團自己生產；所加入的加工助劑只有兩種，且選用的是非常普通易得的常用助劑。封端劑為馬來酸酐，所加入的馬來酸酐與PPC的比例（質量比）為0.2～5：100；潤滑劑為硬酯酸、環氧大豆油或兩者的混合物，所加入的潤滑劑與納米碳酸鈣的比例（質量比）為0.5～30：100。所加入的納米碳酸鈣與聚碳酸亞丙酯的比例（質量比）為5～100：100。加工出的粒料的成本低于原PPC，且玻璃化溫度均可提高到50℃以上，有利于PPC的市場化推廣。

1 實驗部分

1.1 實驗1

稱取PPC（蒙西高新技術集團公司生產，玻璃化溫度為35℃）3000克，馬來酸酐6克，納米碳酸鈣（蒙西高新技術集團公司生產，顆粒大小為40～60納米,經過親油改性）600克，硬酯酸3克，加入高速攪拌機中，以500轉/分鐘的速率在35℃的情況下攪拌5～10分鐘；放出冷混料，用單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機進行擠出造粒，各區的加熱溫度根據擠出情況設置，最高不超過170℃。得到的粒料用差示掃描量熱計（DSC）進行測量，得玻璃化溫度為49.5℃。

1.2 實驗 2

稱取PPC（同實施例1）3000克，馬來酸酐60克，納米碳酸鈣（同實施例1）1500克，硬酯酸225克，加入高速攪拌機中，以800轉/分鐘的速率在28℃的情況下攪拌5～10分鐘；放出冷混料，用單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機進行擠出造粒，各區的加熱溫度根據擠出情況設置，最高不超過170℃。得到的粒料用差示掃描量熱計（DSC）進行測量，得玻璃化溫度為51.2℃。

1.3 實驗 3

稱取PPC（同實施例1）3000克，馬來酸酐150克，納米碳酸鈣（同實施例1）3000克，硬脂酸900克，以1000轉/分鐘的速率在20℃溫度下攪拌5分鐘，放出冷混料，用單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機進行擠出造粒，各區的加熱溫度根據擠出情況設置，最高不超過170℃。得到的粒料用差示掃描量熱計（DSC）進行測量，得玻璃化溫度為62.8℃。

1.4 實驗 4

稱取PPC（同實施例1）3000克，馬來酸酐6克，納米碳酸鈣（同實施例1）3000克，硬酯酸45克，加入高速攪拌機中，以1500轉/分鐘的速率在24℃的情況下攪拌10分鐘；放出冷混料，用單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機進行擠出造粒，各區的加熱溫度根據擠出情況設置，最高不超過170℃。得到的粒料用差示掃描量熱計（DSC）進行測量，得玻璃化溫度為61.9℃。

1.5 實驗 5

稱取PPC（同實施例1）3000克，馬來酸酐90克，納米碳酸鈣（同實施例1）2000克，硬脂酸200克，加入高速攪拌機中，以1200轉/分鐘的速率在18℃的情況下攪拌8分鐘；放出冷混料，用單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機進行擠出造粒，各區的加熱溫度根據擠出情況設置，最高不超過170℃。得到的粒料用差示掃描量熱計（DSC）進行測量，得玻璃化溫度為56.5℃。

以上實施例中硬脂酸均可被環氧大豆油或硬脂酸與環氧大豆油的混合物替代，其最后改性得到的PPC玻璃化溫度均在50℃左右，其中硬脂酸與環氧大豆油混合比例不限。

2 結論

通過添加親油改性后納米碳酸鈣，可以使聚碳酸亞丙酯粒料的玻璃化溫度可以達到50℃以上，解決了運輸和儲備的問題。本方法原材料易得，設備普通，加工工藝簡單，非常適宜工業化生產。

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