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| 國內高嶺土填充改性塑料技術(shù)最新研究進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-08-06 14:06:07 瀏覽次數： |
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我國高嶺土資源非常豐富，已發(fā)現礦點(diǎn)700多處，對200處礦點(diǎn)探明儲量為30 億噸?；浳髅鹊鼐蛽碛袠O為豐富的優(yōu)質(zhì)高嶺土資源。目前高嶺土在國民經(jīng)濟中的陶瓷、造紙、油漆、涂料、橡塑、電纜、耐火材料、紡織、水泥、化工等眾多領(lǐng)域得到廣泛應用。
造紙工業(yè)是精制高嶺土最大的應用領(lǐng)域，約占高嶺土總用量的60%。高嶺土應用于造紙，能夠給予紙張良好的覆蓋性能和涂布光澤性能，還能增加紙張的白度、不透明度、光滑度及印刷性，可以極大地改善紙張的質(zhì)量。將高嶺土填充入橡膠、塑料中，可提高制品的表面性能、尺寸精度、力學(xué)強度、耐磨性、絕緣強度、抗紅外性和耐化學(xué)腐蝕性等，故高嶺土擁有光明的市場(chǎng)發(fā)展前景。
相對而言，目前高嶺土在塑料填充領(lǐng)域的用量占總產(chǎn)量的比重偏低，塑料成型行業(yè)對高嶺土填料了解不足，因此有必要對高嶺土填充塑料的研究現狀進(jìn)行總結歸納。迄今為止，國內開(kāi)展的高嶺土填充塑料研究工作主要集中在聚氯乙烯PVC 、聚烯烴和尼龍等少數品種。高嶺土填充塑料的研發(fā)難點(diǎn)主要在于：①對高嶺土進(jìn)行有效的表面改性，使粒子的親水性表面被有機化合物完全包覆，改善其與大分子基體間的相容性，降低填料加入對體系力學(xué)性能，尤其是韌性方面的不利影響；②使高嶺土粒子在塑料基體中均勻分散，不發(fā)生明顯的團聚現象，在保證共混物力學(xué)性能滿(mǎn)足要求的前提下，盡量提高高嶺土的填充量。針對以上技術(shù)問(wèn)題，科研工作者開(kāi)展了以下研究工作。
1 聚氯乙烯PVC體系
蔡啟振使用不同粒徑的未改性高嶺土填充PVC，發(fā)現隨高嶺土粒徑減小，其對電纜料力學(xué)性能的不利影響逐漸緩解，但整體性能類(lèi)似于填充重質(zhì)碳酸鈣。但通過(guò)偶聯(lián)劑處理的低品位高嶺土，填充效果明顯改善，類(lèi)似于活性碳酸鈣，可用于生產(chǎn)高絕緣PVC電纜料。
郭蓉在高速攪拌機中對高嶺土進(jìn)行表面處理，并將其填充入PVC塑料中。與未改性高嶺土/PVC體系相比，改性高嶺土與PVC基體間結合力增強，顆粒分散均勻，不易團聚，共混物的斷裂伸長(cháng)率明顯提高。
王虎采用硬脂酸、硅烷偶聯(lián)劑和含硅烷側基的共聚物，分別對煅燒高嶺土進(jìn)行表面處理。并將改性高嶺土與PVC樹(shù)脂、碳酸鈣等助劑共混制備電纜料。實(shí)驗結果表明，含硅烷側基的共聚物不僅與高嶺土表面順利偶聯(lián)，而且共聚物主鏈與PVC間具有優(yōu)異的相容性，故其改性效果(體積電阻率、拉伸性能、低溫沖擊性能)最為突出。
黃國強將高嶺土用乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷進(jìn)行表面處理，并與丁腈橡膠NBR一起共混入PVC/CPE體系?；钚愿邘X土和NBR的共同加入，能發(fā)揮顯著(zhù)的協(xié)同效應，增韌效果明顯優(yōu)于單獨混入高嶺土或NBR。適量的活性高嶺土能夠縮短塑化時(shí)間，降低熔體粘度，使共混物更易加工成型。
劉志強將改性煅燒剝片高嶺土、干法改性煅燒高嶺土、濕法改性煅燒高嶺土和改性漂白高嶺土分別填充入PVC塑料中制成改性料，考察不同高嶺土品種對體系力學(xué)和電學(xué)性能的影響。高嶺土經(jīng)鋁鈦復合偶聯(lián)劑處理后，其與PVC大分子間的相容性明顯改善。四種高嶺土中， 改性煅燒剝片高嶺土的改性效果最好。
沈振選用有機胺類(lèi)或不飽和脂肪酸酯類(lèi)表面處理劑對高嶺土進(jìn)行改性，并將其填充入PVC/橡膠非硫化體系。測試結果說(shuō)明，有機胺的處理效果(共混物的100%定伸模量、拉伸強度和斷裂伸長(cháng)率)更加突出。從掃描電子顯微鏡SEM照片中觀(guān)察到，表面處理劑能顯著(zhù)改善高嶺土顆粒與高分子基體間的相容性和分散性。
王民權研究了煅燒處理不同品位高嶺土的組成、結構、微觀(guān)形態(tài)與填充PVC塑料的流變性能之間的關(guān)系。結果表明，高嶺土品位越高，PVC填充體系的表觀(guān)粘度越大。片狀顆粒在塑化初期發(fā)揮降粘作用，之后則促進(jìn)PVC的塑化。利用此研究成果，可通過(guò)控制煅燒條件，改善高嶺土填充塑料的加工性，以滿(mǎn)足成型各類(lèi)制品的需要。
2 聚烯烴體系
目前科研工作者主要通過(guò)兩種方式實(shí)現高嶺土在聚烯烴基體中的均勻分散：機械熔融共混和聚合填充。朱曉君分別選用硅烷偶聯(lián)劑KH570 和自制大分子偶聯(lián)劑對高嶺土進(jìn)行表面改性，將改性高嶺土與高密度聚乙烯HDPE熔融共混制得高嶺土/HDPE共混材料。測試結果說(shuō)明，共混體系中大分子偶聯(lián)劑充分包覆高嶺土顆粒， 形成“芯-殼”結構，使共混物的韌性明顯提高。其對體系韌性的改善效果優(yōu)于KH570。大分子偶聯(lián)劑改性的高嶺土可以在高填充量下(質(zhì)量含量20%)，對HDPE發(fā)揮顯著(zhù)的增韌增強效果。
高嶺土在填充入聚丙烯前也需進(jìn)行表面處理，處理方法與此類(lèi)似。國產(chǎn)聚乙烯PE薄膜的紅外線(xiàn)阻隔率低，夜間溫室內土壤發(fā)出的紅外線(xiàn)會(huì )透過(guò)薄膜散失，故國產(chǎn)PE膜溫室效應比較差。李寶智使用兩步法對煅燒高嶺土進(jìn)行表面改性：⑴將高嶺土加入捏合機中并摩擦升溫，滴加助改性劑；⑵粉體溫度升至100℃時(shí)，把復合改性劑噴霧加入。接著(zhù)把改性高嶺土制成農膜用保溫母粒，最后將母粒與聚乙烯樹(shù)脂共混吹塑成農用大棚膜。對比實(shí)驗發(fā)現，填充改性煅燒高嶺土農膜的紅外線(xiàn)阻隔率優(yōu)于碳酸鈣、滑石粉和遠紅外線(xiàn)陶瓷粉。高嶺土改性農膜的力學(xué)性能無(wú)明顯變化，膜的濁度雖然略有增大，但不會(huì )對使用產(chǎn)生不利影響。
熊傳溪采用超細高嶺土和四針狀ZnO晶須填充超高分子量聚乙烯UHMWPE， 開(kāi)展復合材料的摩擦磨損性能研究。結果表明，高嶺土和ZnO晶須的并用可以發(fā)揮顯著(zhù)的協(xié)同作用，使UHMWPE的摩擦系數和磨損率明顯降低。
董金勇利用聚合填充法將Ziegler-Natta催化劑負載于高嶺土表面，進(jìn)而引發(fā)乙烯聚合， 制備出高嶺土填充聚乙烯材料。當高嶺土質(zhì)量含量達40% 時(shí), 共混物的拉伸強度超過(guò)30MPa, 斷裂伸長(cháng)率410%, 韌性明顯高于熔融共混PE/高嶺土復合材料。高嶺土顆粒表面被PE高分子鏈所包覆, 不易團聚, 無(wú)機粒子與高分子相間的相容性明顯改善, 故對體系力學(xué)性能的不利影響比較輕微。并且高嶺土還能對聚乙烯的結晶過(guò)程發(fā)揮異相成核作用。
龔國芳采用聚合填充法制備出高嶺土/超高分子量聚乙烯UHMWPE復合材料, 并重點(diǎn)考察材料的摩擦磨損特性。結果表明聚合填充產(chǎn)物性能明顯優(yōu)于機械共混產(chǎn)物;當高嶺土質(zhì)量含量為6.6%時(shí), 聚合填充產(chǎn)物的漿體沖蝕磨損特性?xún)?yōu)于純UHMWPE。聚合填充法制備的高嶺土/UHMWPE共混物, 基體UHMWPE的結晶度降低, 結晶溫度提高。
錢(qián)翼清在馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH存在下, 向聚丙烯PP/高嶺土復合材料中分別加入多種橡膠, 以期改善復合材料過(guò)低的韌性。實(shí)驗結果說(shuō)明, 三元乙丙橡膠EPDM增韌效果最好。加入10份EPDM, 體系的缺口沖擊強度提高到增韌前的289.7%, 無(wú)缺口的提高到342.4%。
3 尼龍體系
PA6的抗沖擊性能較差，如果混入低密度聚乙烯LDPE和馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯LDPE-g-MAH，雖然共混物的韌性能明顯提高， 但體系的剛性下降明顯。張凌燕同時(shí)將LDPE、改性高嶺土和增容劑LDPE-g-MAH混入PA6中，共混物不僅韌性有所提高，而且剛性未受損害。
崔巧麗選用改性納米高嶺土和馬來(lái)酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物POE-g-MAH對PA66進(jìn)行增韌改性。研究發(fā)現，高嶺土與POE-g-MAH間存在明顯的協(xié)同效應，在使PA66韌性顯著(zhù)提高的同時(shí)， 對共混物的剛性影響很小。
4 其他塑料體系
向定漢將聚四氟乙烯PTFE與納米高嶺土共混入多種塑料中(如聚苯硫醚PPS和聚甲醛POM)， 使共混物的摩擦因數和磨損率明顯降低，PTFE與高嶺土間還存在協(xié)同效應。為了改善聚四氟乙烯PTFE的摩擦磨損性能， 雷曉宇將納米高嶺土和石墨混入PTFE中。測試發(fā)現，PTFE共混物不僅耐磨性得到改善， 而且摩擦因數也能保持較低的水平。
5 結 語(yǔ)
高嶺土不僅儲量豐富，價(jià)格低廉，而且填充入塑料中，可以明顯改善共混物的力學(xué)強度、耐磨性和抗紅外性等綜合性能，提升產(chǎn)品檔次和市場(chǎng)競爭力。但由于高嶺土屬于無(wú)機物， 同有機高分子材料間相容性較差，故兩者簡(jiǎn)單共混, 所得產(chǎn)物的韌性很差。高嶺土必須先用偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理后，才能與塑料材料進(jìn)行共混。目前常用于高嶺土處理的偶聯(lián)劑主要是硅烷類(lèi)物質(zhì)，可共混的塑料品種也主要限于聚氯乙烯、聚烯烴和尼龍等。相信隨著(zhù)新型高效偶聯(lián)劑的使用，高嶺土將在更多塑料品種的填充領(lǐng)域中得到廣泛的應用。
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