對滑石粉進行表面改性處理,可提高滑石粉與聚合物的界面親和性,改善滑石粉填料在高聚物基料中的分散狀態,這樣滑石粉在復合材料中就不僅具有增量作用,還能起到增強改性的效果,從而提高復合材料的物理力學性能,使滑石得到更好的應用效果和更廣泛的應用領域。
目前,滑石粉常用的表面改性劑主要有鈦酸酯、硅烷和鋁酸酯偶聯劑、磷酸酯、表面活性劑、石蠟和有機高分子等。
1、硅烷偶聯劑
改性方法:將硅烷偶聯劑(如KH-570)配成溶液,攪拌均勻。將溶液滴入烘干后的滑石粉中,攪拌40-60min,使處理劑充分包覆填料,再經加熱烘干即制得改性滑石粉。
應用特性:由硅烷偶聯劑進行表面改性的滑石粉作為高分子材料的填料,可使填充體系的強度、模量均有明顯的提高,改性效果良好,具有較好的實際應用價值。
2、鈦酸酯偶聯劑
改性方法:干法工藝為滑石粉在預熱至100℃-110℃的高速混合機中攪拌烘干,然后均勻加入計量的鈦酸酯偶聯劑(用適量的15#白油稀釋),攪拌數分鐘,即可獲得改性滑石粉;濕法工藝為鈦酸酯偶聯劑用一定量溶劑稀釋后,加入一定量滑石粉,于95℃下攪拌30min,過濾烘干得改性滑石粉產品。
應用特性:經鈦酸酯偶聯劑改性的滑石粉填料可提高與聚丙烯(PP)的相容性,降低體系粘度,增加體系流動性,改善體系加工性能,減少變形,提高尺寸穩定性,擴大PP的應用范圍。
3、鋁酸酯偶聯劑
改性方法:將適量的鋁酸酯(如L2型)溶于溶劑(如液體石蠟)中,加入烘干的1250目的微細滑石粉進行研磨30min改性,并在100℃下恒溫一段時間,冷卻后即得改性產品。
應用特性:用鋁酸酯改性后的滑石粉與普通滑石粉相比,在液體石蠟中的粘度顯著減小,水滲透時間增大,有機憎水改性效果明顯。由鋁酸酯改性的滑石粉代替半補強碳黑填充橡膠,其拉伸強度、伸長率等力學性能有所提高。同時,替代量很大??蛇_到降低成本,減少環境污染的效果。
4、磷酸酯
改性方法:先將滑石粉于80℃攪拌下在磷酸酯的水溶液中預包覆1h,接著于95℃左右干燥;最后再升高溫度至125℃,熱處理1h。磷酸酯的用量為滑石粉的0.5%-8%。
應用特性:磷酸酯可與滑石粉表面發生化學吸附和物理吸附反應形成表面包覆,增加表面包覆量可改善滑石粉的分散狀態,可顯著改變填充體系的形態和機械性能。
5、有機高分子
采用甲苯二異氰酸酯(TDI)和丙烯酸羥丙酯(HPA)對滑石粉體進行表面改性,分別接枝包覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)層和甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯共聚物(PMMA-Co-PBA)層,構成復合粒子。
復合粒子制備方法:取經TDI、HPA表面處理并進一步純化處理的有機化滑石粉粒子、甲苯、引發劑及丙烯酸丁酯(BA)和二乙烯苯(DVB)各適量置于反應釜中,攪拌均勻,在維持溫度為75±5℃的情況下,連續滴加下列按適當比例混合的溶液:甲基丙烯酸甲酯(MMA)、BA、DVB、甲苯、偶氮二異丁腈。滴加完畢后在80±5℃下維持反應2.5h。然后在減壓下蒸出溶劑及未反應物(絕對壓力約8kPa,溫度不小于85℃),然后經索氏萃取器用異丙醇抽提24h,再經洗滌烘干過篩制得表面有機高分子復合滑石粉粒子。
應用特性:包覆高分子后的滑石粉復合粒子混配的材料,其拉伸、沖擊強度均較滑石粉直接填充者明顯提高,包覆粒子的沖擊、拉伸強度大致提高(119±4)%,而經無規共聚柔性高分子包覆的拉伸強度提高136%,沖擊強度提高162%。柔性高分子包覆的滑石粉復合粒子混配材料,其增強增韌效果十分明顯,而且可在大范圍填充下(粒子填充質量分數5%-35%)強韌性增長持續有效(拉伸強度提高1/3,沖擊強度提高近2/3)。這種復合粒子是一種行之有效地提高制品綜合性能、降低材料成本的新型填充材料,用于電纜料時綜合性能良好。
目前,由于改性高檔滑石粉的生產能力遠遠小于國內外市場的需求,滑石粉的合理改性越來越被人們重視。因此,在我們熟悉滑石粉各種理化性能及其在各行業中應用特性的同時,要在實驗和生產應用中不斷總結,不斷探索創新,運用現有高科技手段擴大中低檔產品的深加工,開發高附加值的產品。隨著滑石粉改性技術的進一步發展,其在我國塑料、涂料等行業中必將發揮越來越大的作用。
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