碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、高嶺土、云母、石英粉、粘土礦粉等非金屬礦粉體材料來源廣,價格低廉,品種繁多,填充量大,是橡膠、塑料、膠粘劑等高分子材料工業中不可缺少的填料。但非金屬礦物粉體填料自身親水,使其與有機體相容性較差,應用時必須進行表面改性處理。
偶聯劑是一種重要的表面改性劑,其分子中的一部分基團可與非金屬礦物粉體表面的各種官能團反應,形成強有力的化學鍵合,另一部分基團可與有機高分子發生化學反應或物理包覆,從而將非金屬礦物粉體與有機基體兩種性質差異比較大的材料牢固地結合在一起。
鋁酸酯偶聯劑一般呈白色或淡黃色,與無機粉體表面反應活性大、色淺、無毒、味小、熱分解溫度較高,而且使用的過程中不需要稀釋,是一種對環境友好且性能高的偶聯劑。鋁酸酯偶聯劑可提高填料的填充量,改善體系的流變性能,是有機-無機材料的橋梁,在非金屬礦粉體改性中應用廣泛。
1、鋁酸酯偶聯劑對碳酸鈣粉體的改性
采用鋁酸酯偶聯劑對碳酸鈣粉體進行表面改性,可使其獲得優異的性能。(1)經鋁酸酯聯劑改性的活性碳酸鈣具有吸油量少、吸濕性低、易分散性好、活性高等特點;(2)鋁酸酯聯劑的熱穩定性好于鈦酸酯偶聯劑,基本上不影響原碳酸鈣粉體的白度;(3)經鋁酸酯偶聯劑改性后的活性碳酸鈣,可泛適用于填充PVC、PE、PP和PS等塑料,不僅提高加工性能和物理性能,還可提高碳酸鈣的填充最,降低成本。
表1 鋁酸酯偶聯劑在碳酸鈣中的適用情況
碳酸鈣的類型 |
鋁酸酯用量 |
適用范圍 |
輕質碳酸鈣 |
1% |
天然橡膠 |
0.45% |
ABS、PVC |
0.8-1.2% |
PVC |
0.3% |
0.45% |
0.55% |
重質碳酸鈣 |
0.3-1.2% |
PE |
0.75% |
目前鋁酸酯偶聯劑在碳酸鈣中的應用研究最多的是對輕質碳酸鈣的改性,其次是重質碳酸鈣和納米碳酸鈣粉體改性。
2、鋁酸酯偶聯劑對滑石粉的改性
采用鋁酸酯偶聯劑對滑石粉進行表面改性,可提高滑石粉與高聚物的緊密結合性,改善其分散性、熱性能和流變性能?;厶畛銹P、PE等高聚物基復合材料時,一般選用鋁酸酯偶聯劑進行表面活化處理。
表2 鋁酸酯偶聯劑在滑石粉中的適用情況
鋁酸酯用量 |
適用范圍 |
0.75% |
橡膠 |
0.6% |
塑料ABS |
1.6% |
PP |
0.5-1.0% |
ABS樹脂 |
3、鋁酸酯偶聯劑對高嶺土粉體的改性
高嶺土是塑料、橡膠等工業的主要填料,采用鋁酸酯偶聯劑改性后的高嶺土有明顯的降粘效果,表面極性變小,吸水率和吸油值降低,同時不影響高嶺土原有的白度。
4、鋁酸酯偶聯劑對硅灰石粉體的改性
采用鋁酸酯偶聯劑改性硅灰石粉,可降低硅灰石粉的粘性、吸油量及吸水率降低,在一定溫度下改性對硅灰石粉原有的白度沒有影響。
5、鋁酸酯和其它偶聯劑復合對非金屬礦粉體的改性
隨著復合材料的發展,鋁酸酯與其它偶聯劑復合改性也逐漸應用于非金屬礦粉體的改性。
研究結果表明:采用鋁酸酯偶聯劑及硅烷偶聯劑對非金屬礦粉體進行復合改性,可解決單一使用硅烷時體系內與聚合物大分子鏈纏繞的基團少的問題,且在硅烷用量降低時,填充體系的力學性能和加工性能不受影響。
6、鋁酸酯偶聯劑的用量
鋁酸酯偶聯劑的用量一般為無機粉體的1.0-1.5%(質量比),適用于各種無機填料(如碳酸鈣、硅灰石粉、滑石粉、高嶺土、膨潤土、葉蠟石粉、石膏粉、粉煤灰、海泡石、氧化鋁等),無機阻燃劑(如氫氧化鎂、氫氧化鋁、硼酸鋅、三氧化銻等)和顏料(如氧化鐵紅、鋅鋇白、鈦白粉、氧化鋅、立德粉等)的表面活化改性。
表3 鋁酸酯偶聯劑的用量
項目 |
用量 |
PVC、PE、PP、PU和PS普通填充母料 |
08-1.0% |
活性輕、 重質碳酸鈣 |
1.0-1.2% |
超細活性碳酸鈣 |
1.2-1.5% |
碳黑、顏料、石墨、氫氧化鎂等高比表面類活化 |
1.5-2.5% |
鋁酸酯在常溫下多呈現軟臘狀或固態,不利于均勻分散,確定其最佳活化工藝是充分發揮偶聯劑活化效率的關鍵。因此,對活化工藝的研究也是鋁酸酯偶聯劑在非金屬礦粉體中廣泛使用的一個值得要重視的問題。
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