技术领域
本发明属于无机颜料技术领域，具体是一种制备阻燃型PVC板材用碳酸钙的方法。
背景技术
碳酸钙是一种重要的无机化工产品，被广泛地应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨、医药、汽车涂料、化妆品、食品等工业中。但由于碳酸钙粒子粒径越小，表面上的原子数越多，则表面能越高，吸附作用越强，各个粒子间相互团聚；其次是碳酸钙作为一种无机填料，粒子表面亲水疏油，与有机高聚物的亲和性差、易形成聚集体，造成高聚物内部缺陷、力学性能变差。为了提高碳酸钙的填充性能，必须采用有效的工艺及表面改性方法对碳酸钙进行表面改性。目前对碳酸钙改性的方法中，主要选用的表面处理剂通常为脂肪酸或其盐，虽然体系的分散性和加工流动性有所改善，但由于PVC木塑复合材料与脂肪酸或脂肪酸盐的相容性较差，很难与纳米碳酸钙填料有效结合，导致基体与填料的界面粘结力差，从而造成复合材料的力学强度不高。
PVC木塑板材兼具木材和塑料的优点，如尺寸稳定性好，耐腐蚀，耐虫蛀，易加工成型，并且可回收利用。木塑复合材料在北美已经成为优势产业。它们正被应用在各种新的场合中，如盖板、码头、景观材料、围墙、标志杆、铺地板块、铁路枕木、运动场器械、门窗框架、建筑物等领域。但其应用领域大多有阻然要求，因此赋予木塑板材良好的阻燃性能是当今社会发展的需要。目前PVC板材中的阻燃剂大多极性较强，与聚合物机体相容性较差，添加量少时，达不到阻燃的效果。这些阻燃剂添加量大时，容易与基体界面产生空隙，降低木塑板材的力学性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种制备阻燃型PVC板材用碳酸钙的方法。本发明方法先用氢化蓖麻油异硬脂酸酯和菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯对碳酸钙进行一次表面改性，再用六苯氧基环三磷腈和聚氨丙基甲基倍半硅氧烷进行二次表面改性，不仅可以提高碳酸钙的分散性、与PVC基材的相容性和加工流动性，还能提高碳酸钙的阻燃性和耐热稳定性，填充PVC板材后不仅不降低板材的力学性能还能提高板材的阻燃性和耐热性。
为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种制备阻燃型PVC板材用碳酸钙的方法，包括如下步骤：
S1:将石灰石加入粉碎机，粉碎至粒径≤0.25mm，得碳酸钙粗粉：
S2:将碳酸钙粗粉加至研磨机，然后加入由氢化蓖麻油异硬脂酸酯和菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的复配表面处理剂，研磨，得粒径为300-600目的碳酸钙细粉；
S3:将碳酸钙细粉输送至高速搅拌机，再加入六苯氧基环三磷腈和聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和组成的二次改性剂，高速搅拌混合均匀，干燥，即得PVC板材用碳酸钙。
进一步地，所述复配表面处理剂中氢化蓖麻油异硬脂酸酯和菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯的重量比为1:1-2。
进一步地，所述复配表面处理剂的加入量为石灰石重量的1.5-3.0%。
进一步地，所述二次改性剂中六苯氧基环三磷腈和聚氨丙基甲基倍半硅氧烷的重量比为1:1-3。
进一步地，所述二次改性剂的使用量为石灰石重量的1-2%。
进一步地，步骤S2所述研磨的速率为500-1000r/min下研磨2-3h。
进一步地，步骤S3所述高速搅拌是在转速为500-1000r/min下搅拌20-30min。
进一步地，步骤S3所述干燥是在80-100℃下。
本发明是基于以下技术原理实现以上方案：
本发明方法先用氢化蓖麻油异硬脂酸酯和菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯进行表面改性，由于氢化蓖麻油异硬脂酸酯和菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯的长碳链脂肪酸、羟基、羧基、羰基及硼酸等基团，不仅可以提高碳酸钙的相容性、分散性和加工流动性，由于菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯中的B-O键与PVC树脂及木粉具有很好的相容性，提高PVC木塑板材反应体系界面粘结力，进而提高板材的力学性能。本方法还用六苯氧基环三磷腈和聚氨丙基甲基倍半硅氧烷进行二次表面改性，由于聚氨丙基甲基倍半硅氧烷为无机-有机杂化结构，在碳酸钙粒子表面引入硅氧键、丙基和氨基，当板材被引燃时，硅氧烷迅速迁移到PVC板材表面性能保护层隔氧、隔热，阻燃板材的燃烧，且聚氨丙基甲基倍半硅氧烷与PVC基材具有很好的相容性，其加入不仅不会降低PVC板材的力学性能，还可以提高板材的PVC板材的缺口冲击强度和拉伸断裂强度；再配以六苯氧基环三磷腈，使其具有P-N协同效应，PVC板材的阻燃效果更为显著。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
1、本发明改性得到的碳酸钙不仅具有良好的分散性，与PVC树脂及木粉有良好的相容性，提高PVC木塑板材反应体系界面粘结力，提高复合材料力学性能及美化制品美观，还能赋予PVC木塑板材较好的加工性能，且具有较好阻燃性和耐热性，可广泛作为优异的PVC板材的填料。
2、本发明得到的碳酸钙作为PVC板材的填料时，不仅提高填料与PVC树脂、木粉之间的结合力和分散性，提高PVC木塑板材的力学性能，还能提高木塑板材的阻燃性和耐热性。
3、本发明方法工艺简单、生产效率高、生产成本低、耗能低等优点，容易实现工业化生产。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明方案进一步详细说明，但不限于本发明的保护范围。
实施例1
一种制备阻燃型PVC板材用碳酸钙的方法，包括如下步骤：
S1:将石灰石加入粉碎机，粉碎至粒径≤0.25mm，得碳酸钙粗粉：
S2:将碳酸钙粗粉加至研磨机，然后加入重量比为1:2的氢化蓖麻油异硬脂酸酯和菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的复配表面处理剂，所述复配表面处理剂的加入量为石灰石重量的2.5%。在500r/min下研磨3h，得粒径为500目的碳酸钙细粉；
S3:将碳酸钙细粉输送至高速搅拌机，再加入重量比为1:1的六苯氧基环三磷腈和聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和组成的二次改性剂，所述二次改性剂的使用量为石灰石重量的1.5%，在转速为500r/min下高速搅拌25min，混合均匀，在温度为90℃下干燥，即得PVC板材用碳酸钙。
实施例2
一种制备阻燃型PVC板材用碳酸钙的方法，包括如下步骤：
S1:将石灰石加入粉碎机，粉碎至粒径≤0.25mm，得碳酸钙粗粉：
S2:将碳酸钙粗粉加至研磨机，然后加入重量比为1:1的氢化蓖麻油异硬脂酸酯和菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的复配表面处理剂，所述复配表面处理剂的加入量为石灰石重量的2%。在800r/min下研磨2.5h，得粒径为300目的碳酸钙细粉；
S3:将碳酸钙细粉输送至高速搅拌机，再加入重量比为1:2的六苯氧基环三磷腈和聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和组成的二次改性剂，所述二次改性剂的使用量为石灰石重量的2.0%，在转速为1000r/min下高速搅拌20min，混合均匀，在温度为100℃下干燥，即得PVC板材用碳酸钙。
实施例3
一种制备阻燃型PVC板材用碳酸钙的方法，包括如下步骤：
S1:将石灰石加入粉碎机，粉碎至粒径≤0.25mm，得碳酸钙粗粉：
S2:将碳酸钙粗粉加至研磨机，然后加入重量比为1:2的氢化蓖麻油异硬脂酸酯和菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的复配表面处理剂，所述复配表面处理剂的加入量为石灰石重量的3%。在1000r/min下研磨2h，得粒径为400目的碳酸钙细粉；
S3:将碳酸钙细粉输送至高速搅拌机，再加入重量比为1:3的六苯氧基环三磷腈和聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和组成的二次改性剂，所述二次改性剂的使用量为石灰石重量的1.5%，在转速为800r/min下高速搅拌25min，混合均匀，在温度为80℃下干燥，即得PVC板材用碳酸钙。
实施例4
一种制备阻燃型PVC板材用碳酸钙的方法，包括如下步骤：
S1:将石灰石加入粉碎机，粉碎至粒径≤0.25mm，得碳酸钙粗粉：
S2:将碳酸钙粗粉加至研磨机，然后加入重量比为1:1.5的氢化蓖麻油异硬脂酸酯和菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的复配表面处理剂，所述复配表面处理剂的加入量为石灰石重量的2.5%。在500r/min下研磨3h，得粒径为600目的碳酸钙细粉；
S3:将碳酸钙细粉输送至高速搅拌机，再加入重量比为1:2的六苯氧基环三磷腈和聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和组成的二次改性剂，所述二次改性剂的使用量为石灰石重量的1.0%，在转速为500r/min下高速搅拌30min，混合均匀，在温度为90℃下干燥，即得PVC板材用碳酸钙。
实施例5
一种制备阻燃型PVC板材用碳酸钙的方法，包括如下步骤：
S1:将石灰石加入粉碎机，粉碎至粒径≤0.25mm，得碳酸钙粗粉：
S2:将碳酸钙粗粉加至研磨机，然后加入重量比为1:2的氢化蓖麻油异硬脂酸酯和菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的复配表面处理剂，所述复配表面处理剂的加入量为石灰石重量的1.5%。在800r/min下研磨2.5h，得粒径为500目的碳酸钙细粉；
S3:将碳酸钙细粉输送至高速搅拌机，再加入重量比为1:1的六苯氧基环三磷腈和聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和组成的二次改性剂，所述二次改性剂的使用量为石灰石重量的2%，在转速为800r/min下高速搅拌20min，混合均匀，在温度为100℃下干燥，即得PVC板材用碳酸钙。
实施例6
一种制备阻燃型PVC板材用碳酸钙的方法，包括如下步骤：
S1:将石灰石加入粉碎机，粉碎至粒径≤0.25mm，得碳酸钙粗粉：
S2:将碳酸钙粗粉加至研磨机，然后加入重量比为1:1的氢化蓖麻油异硬脂酸酯和菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的复配表面处理剂，所述复配表面处理剂的加入量为石灰石重量的2%。在1000r/min下研磨3h，得粒径为400目的碳酸钙细粉；
S3:将碳酸钙细粉输送至高速搅拌机，再加入重量比为1:2的六苯氧基环三磷腈和聚氨丙基甲基倍半硅氧烷和组成的二次改性剂，所述二次改性剂的使用量为石灰石重量的1.5%，在转速为500r/min下高速搅拌30min，混合均匀，在温度为100℃下干燥，即得PVC板材用碳酸钙。
对比例1
S1:将石灰石加入粉碎机，粉碎至粒径≤0.25mm，得碳酸钙粗粉：
S2:将碳酸钙粗粉加至研磨机，然后加入重量比为1:1的氢化蓖麻油异硬脂酸酯和菜籽油脂肪酸烷醇酰胺硼酸酯组成的复配表面处理剂，所述复配表面处理剂的加入量为石灰石重量的2%。在1000r/min下研磨3h，得粒径为400目的碳酸钙细粉。
将上述实施例与对比例得到的碳酸钙按照以下配方按照常规方法制成PVC板材,PVC板材的配方为：PVC树脂100份、木粉60份、碳酸钙50份、hlf-2钙锌复合稳定剂8份、ACR-530发泡调节剂5份、碳酸钠发泡剂3份、ACR-401加工助剂3份和润滑剂2份。制成的PVC板材按照常规方法进行力学性能及阻燃性能的测试，测试结果如表1所示。
表1：本发明碳酸钙应用在PVC板材的性能测试结果
产品 拉伸强度（MPa） 弯曲强度（MPa） 缺口冲击强度（KJ/m2） 断裂伸长率（%） 氧指数（%） 实施例1 41.8 57.3 46.5 215.2 42.5 实施例2 39.1 55.1 44.6 200.9 45.9 实施例3 43.6 58.6 48.2 222.0 43.1 实施例4 42.4 58.2 47.3 209.4 38.2 实施例5 40.8 56.4 45.2 198.6 40.6 实施例6 41.3 55.9 46.9 200.7 44.8 对比例 24.8 38.6 29.4 143.8 17.2
从测试结果得知，本发明得到的碳酸钙作为PVC板材的填料时，不仅提高PVC木塑板材的力学性能，还能提高木塑板材的阻燃性。