負離子粉是一種含有多種元素的超細礦石粉末,其表面為強極性,易團聚,與聚合物的界面親和能力很差,不易分散,實際應用時必須對其表面改性。
目前,綜合國內外已有的報道,具有代表性的改性方法主要有以下幾類:
1)通過表面活性劑類物質在負離子粉表面的物理吸附作用,達到降低負離子粉表面張力,改善其與聚合物界面的相容性的目的。這種改性方法操作簡單,但由于表面活性劑僅僅是靠分子間作用力吸附在負離子粉表面,結合力很弱,在一些強極性介質或者高溫、高剪切條件下,很容易脫附而失去對表面的改性作用。
2)負離子粉表面包覆金屬或者金屬氧化物,盡管包覆層依然沒有與負離子粉表面形成化學鍵,但由于形成的是固體包覆層,具有一定的強度,包覆層比較牢固。根據包覆層的性質,還能賦予粒子導電、抗菌等特性,可廣泛應用于特種塑料、橡膠、涂料的制備過程,缺點是操作條件要求比嚴格,成本高。
3)通過化學反應對負離子粉表面進行有機化改性,包覆層與聚合物親和性良好,甚至可以和聚合物形成化學交聯的過渡層,是目前最為高效實用的改性方法。如利用有機酸(酐)改性微粉或電氣石粉末表面;利用有機酰氯對電氣石粉末表面進行有機化改性;利用偶聯劑與粉末表面形成牢固的結合層。
改性的目的都是要降低負離子粉表面的表面能,解決負離子粉易團聚以及在非極性基體或介質中的分散問題,增加負離子粉與聚合物基體材料的粘接力。從操作工藝的復雜程度、產品的穩定性、成本、工業化實施的難易程度以及最終的效果等各方面綜合對比分析,通過化學反應來實現負離子粉表面改性是最有優勢的方法,尤其是采用各種偶聯劑進行改性處理。
使用偶聯劑對微粉末表面進行改性,常利用乙醇或者甲苯為分散介質,通過研磨或者攪拌,并在一定的反應溫度下使偶聯劑充分包覆到微粉末表面。優點是反應充分,包覆效果好,包覆層牢固;缺點是溶劑需要回收,增加設備投資并有一定的環境污染問題,同時,處理后的負離子粉在干燥過程中會形成疏松的凝聚團,需要進一步研磨粉碎,長期放置受潮后也會再次凝聚,難長期貯存。
鄧愛民等以KH-570為改性劑,分別采用球磨法、溶劑回流法和干研磨法對超細負離子粉進行表面有機化改性,然后將表面改性后的負離子粉加入甲基丙烯酸甲酯單體中,在引發劑作用下進行原位懸浮聚合,結果表明:
?。?)通過對比分析吸光度,證明了球磨法改性后的負離子粉在MMA中的分散效果優于溶劑回流法和干研磨法改性負離子粉。
?。?)通過掃描電鏡觀察了改性負離子粉在MMA中的分散狀態,發現球磨法更有利于粉末凝聚團的破碎和細化。
(3)通過球磨法改性后的負離子粉,聚合物的包覆效果最好,最大有效包覆率為79.2%。
(4)SEM顯示,球磨法改性的負離子粉與聚合物結合更加緊密,粒度分布更均勻。
?。?)聚合物包覆后,明顯降低了負離子粉的負離子釋放性能,且包覆層越厚,影響越大。
?。?)KH-570一端的硅氧烷基與負離子粉表面的吸附水等含羥基的基團反應,結合牢固,另一端的雙鍵可接枝聚合到聚合物中,通過原位懸浮聚合,在負離子粉表面生成牢固、穩定的聚合物包覆層,達到長期穩定貯存。
資料來源:《鄧愛民,穆銳,蘇昭瑋.負離子粉表面改性方法與聚合物包覆性能研究[J].表面技術,2021,50(03):232-238》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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