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| 改性滑石粉在塑料中的應用研究進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-11-02 08:36:30 瀏覽次數： |
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滑石是一種含水的層狀硅酸鹽礦物, 其化學(xué)式為3MgO•4SiO2•H2O?；幕瘜W(xué)穩定性良好， 耐強酸及強堿， 同時(shí)還具有良好的電絕緣性能和耐熱性。作為一種優(yōu)良的功能性原料和填料，可應用在塑料中。改性能夠改變滑石粉表面的親和性，使塑料與滑石粉更好地結合。目前，國內外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了改性滑石粉同聚丙烯、MC 尼龍、同聚乳酸、間規聚苯乙烯、尼龍-66 復合等方面的研究。筆者介紹了改性滑石粉對塑料力學(xué)性能和流變性能的影響。
1 改性滑石粉對塑料力學(xué)性能的影響
1.1 對塑料強度的影響
滑石粉尺寸小，比表面積大，可與高分子發(fā)生物理或化學(xué)連結改善材料的力學(xué)性能。改性滑石粉界面親和性強，在高聚物中的分散狀態(tài)更均勻，目前將其填充在塑料中的報道較多。王少會(huì )等人將YB 超分散劑改性的滑石粉與PP（聚丙烯）復合，考察了該復合材料的拉伸強度的變化。結果表明，隨滑石粉用量的增加, 拉伸強度及彎曲強度增加,超分散劑最佳用量為1.2%,超過(guò)該添加量增幅趨緩；在最佳添加量下，拉伸強度和沖擊強度分別比未改性滑石粉填充的復合材料提高了15.9%、8.95%。作者提出滑石粉添加量增加時(shí)體系的沖擊性能會(huì )變差。
郭甜甜等人將硅烷偶聯(lián)劑改性后的滑石粉與PP 復合，考察了該復合材料的拉伸強度和沖擊強度的變化。結果表明，改性滑石粉與PP 復合后的效果優(yōu)于未改性滑石粉。當PP 與改性滑石粉的質(zhì)量比為10∶2 時(shí)其拉伸強度達到最大。當PP/改性滑石粉質(zhì)量比為10∶1 時(shí)，復合材料缺口沖擊強度與純PP 相比提高57%,達到最大。李志君等人將環(huán)氧化天然橡膠膠乳和酞酸酯偶聯(lián)劑改性后的滑石粉同LDPE(低密度聚乙烯)復合，考察了不同改性劑及其用量對材料力學(xué)性能的影響。結果表明，用環(huán)氧化天然橡膠膠乳改性的比用酞酸酯偶聯(lián)劑改性的效果好。當改性滑石粉與低密度聚乙烯的質(zhì)量比5%時(shí)，其拉伸強度達到最大值，同未改性的低密度聚乙烯相比提高了35%。當填充比例較低（<10%）時(shí)，改性后的LDPE 撕裂強度大于純的LDPE，且當填充比例為5%時(shí)撕裂強度達到最大。當填充比例較低（<15%）時(shí)，復合材料的斷裂伸長(cháng)率大于純LDPE ,且斷裂伸長(cháng)率達到最大時(shí)為5%。
葉邦格等人將硅烷偶聯(lián)劑改性后的滑石粉同MC 尼龍復合，考察了該材料沖擊強度的變化。結果表明，偶聯(lián)劑處理的滑石粉的加入不僅減少了己內酞胺的需求量,降低了生產(chǎn)成本,而且使制品的收縮率和吸水率得到了提高?；鄹男院蟮?MC 尼龍沖擊強度同未經(jīng)改性的尼龍相比提高了11%。與此同時(shí)改性后的MC尼龍的熱變形溫度較MC尼龍提高24 ℃, 同時(shí)尺寸穩定性更好。
趙研等人將KH560 改性后的滑石粉同PBS 復合，考察了該材料拉伸強度、彎曲模量和彎曲強度的變化。結果表明，滑石粉在基體中分散比較均勻，隨著(zhù)滑石粉量的增加，其拉伸強度、彎曲模量和彎曲強度有了明顯的提高。在滑石粉含量為 20%、KH560 為滑石粉含量的 3%時(shí)，其拉伸強度和斷裂伸長(cháng)率分別達到了最大值為 37 MPa，37.2%。但作者也發(fā)現復合之后的斷裂伸長(cháng)率同純的PBS 相比明顯降低。綜上所述，經(jīng)改性后的滑石粉復合后的塑料，其拉伸強度，沖擊強度，彎曲強度等力學(xué)性能同純的塑料相比都會(huì )有較為明顯的改觀(guān)。
1.2 對塑料模量的影響
滑石粉的薄片狀結構可使塑料具有較高的剛性和抗蠕變性，并且細滑石粉還具有較好的固體光澤。
王少會(huì )等將YB 超分散劑改性的滑石粉與PP（聚丙烯）復合，也考察了彎曲模量的變化。結果表明，當使用改性滑石粉質(zhì)量分數為30%，B 超分散劑質(zhì)量分數為1.2%改性PP 復合材料時(shí)，它的彎曲模量同填充未改性的滑石粉的復合材料提高了10.97%。劉英俊將偶聯(lián)劑改性后的滑石粉，碳酸鈣，硫酸鋇同PP 復合，考察了它們對PP 拉伸模量和彎曲模量的影響。
結果表明，滑石粉填充改性PP 具有更高的拉伸彈性模量和彎曲模量。PP/碳酸鈣，PP/滑石粉和PP/硫酸鋇的拉伸模量分別為2 600，3 700，2 300 MPa,其彎曲模量分別為3 200，4 500，2 600 MPa。同時(shí)作者指出滑石粉作為農膜使用時(shí)透光性和紅外光阻隔性與云母粉和高嶺土相比有所差距，但仍能具有較好的透光性和保溫性。
李宏鵬等人將熔融共混法制備的滑石粉同尼龍66 進(jìn)行了復合，考察了滑石粉及其比表面積和表面積改性后對尼龍66 一些力學(xué)性能的影響。結果表明，與不加滑石粉的純尼龍66 相比，0.1%(wt)的滑石粉的加入使其彎曲模量有了提高，由原來(lái)的2 343.57 MPa 提高到了2 758.83 MPa。但作者提出滑石粉表面相容性改善后，提高幅度有所降低，原因有待進(jìn)一步考證?？傊?，經(jīng)滑石粉改性后的塑料其模量有了較大的提升，同其他的一些無(wú)機粒子相比，滑石粉的效果也更加顯著(zhù)一點(diǎn)。
2 改性滑石粉對塑料流變性能的影響
2.1 對塑料黏度的影響
滑石粉作為無(wú)機粒子，其表面能很高，黏度很大，流動(dòng)性很差，加入后會(huì )阻礙基體的流動(dòng)性能，使復合材料的黏度性能提高。王少會(huì )等人將YB 超分散劑改性的滑石粉與PP（聚丙烯）復合，考察了不同溫度和不同滑石粉用量下，其剪切速率與表觀(guān)黏度的關(guān)系。結果表明，在相同的的剪切應力和溫度下，滑石粉的質(zhì)量分數低于30%時(shí)，體系的黏度要低于純的PP 的黏度 。當滑石粉質(zhì)量分數高于30%時(shí)，純的PP 的黏度要相對較高。當滑石粉的質(zhì)量分數為10%時(shí)，不同溫度下的黏度均降低到最小值。在相同溫度下，隨體系滑石粉用量的增加黏度增加，當質(zhì)量分數為30%時(shí)，黏度增幅趨于平穩。在相同量的超分散劑的作用下，體系的黏度隨溫度的升高而下降。
郭甜甜等人將硅烷偶聯(lián)劑改性后的滑石粉與PP 復合，考察了改性滑石粉與未改性的滑石粉對復合材料黏度的影響。結果表明，隨著(zhù)滑石粉質(zhì)量分數的提高，改性之后與未改性的滑石粉均呈下降趨勢而后進(jìn)入平臺區趨于平緩。同時(shí)作者指出，滑石粉與POE 的加入均提高了復數黏度但其變化程度不大。一句話(huà)而言，在一定的范圍內，改性滑石粉對復合材料的黏度有較大的影響。
2.2 對塑料結晶行為的影響
塑料中應用的滑石粉的粒徑較小，粒徑越小其顆粒數越多，意味著(zhù)其成核中心越多。同時(shí)晶體的成核數目越多，晶體尺寸越小，整個(gè)材料的性能越好。因此滑石粉可作為良好的成核劑使用進(jìn)而影響塑料的結晶行為。張競等人將偶聯(lián)劑 γ－( 2，3－環(huán)氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷改性后的滑石粉作為增強相，考察了PLA（聚乳酸）/滑石粉結晶行為。結果表明，改性之后塑料完成結晶所需的時(shí)間明顯要短。當滑石粉的質(zhì)量分數為1%時(shí)，改性塑料的結晶速率為0.215 5 min-1；當質(zhì)量分數為5%時(shí)，其結晶速率為0.263 2 min-1；當滑石粉的質(zhì)量分數為10%時(shí)，其結晶速率為0.090 7 min-1；而純的PLA的結晶速率為0.097 3 min-1。由此可以得出結論，滑石粉質(zhì)量分數在一定范圍內，可以提高塑料的結晶速率。但作者也指出由于滑石粉含量的提高，塑料的結晶期變長(cháng)，所以PLA 中的滑石粉不能簡(jiǎn)單的看成一種成核劑。
李宏鵬等人將熔融共混法制備的滑石粉對尼龍66 進(jìn)行了復合，考察了滑石粉及其比表面積和表面積改性后對尼龍66 熔融結晶行為的影響。結果通過(guò)對DSC 曲線(xiàn)的分析指出加滑石樣品后，結晶峰變寬且向高溫方向移動(dòng)。而當結晶速率達到最大時(shí)，溫度Tc 有了1~2.7 ℃的提高，同時(shí)結晶的起始與終止溫度都有了提高。趙翔等人將熔融擠出方法改性后的Talc(滑石粉)填充SPS(間規聚苯乙烯)和ST(苯乙烯)/AA(丙烯酸)或ST/MA(馬來(lái)酸酐)雙單體枝接改性的滑石粉的滑石粉/聚苯乙烯復合材料，考察了改性后復合材料結晶行為。當熔融溫度較低時(shí)（小于270 ℃），滑石粉有較強的異相成核的作用，結晶峰溫從248.2 ℃提高到了254.0℃。當熔融溫度達到290 ℃時(shí)，滑石粉異相成核作用降低。當熔融溫度達到320 ℃時(shí)，純的間規聚苯乙烯結晶溫度有了較為明顯的下降，而填充了滑石粉的間規聚苯乙烯仍然保持著(zhù)較高的結晶溫度。
2.3 對塑料晶型轉變的影響
成核劑的加入會(huì )縮短成核時(shí)間，提高熔融的結晶溫度，使相同降溫速率下晶體生成的時(shí)間變長(cháng)最終形成球晶的可能性變大，而滑石粉可作為一種良好的成核劑使用。趙翔等[10]將熔融擠出方法改性后的Talc(滑石粉)填充SPS(間規聚苯乙烯)和ST(苯乙烯)/AA(丙烯酸)或ST/MA(馬來(lái)酸酐)雙單體枝接改性的滑石粉的滑石粉/聚苯乙烯復合材料，考察了改性后復合材料晶型的變化。結果表明，滑石粉對間規聚苯乙烯的成核作用無(wú)誘導作用，對晶型無(wú)影響。
但滑石粉經(jīng)St 與MA 或AA 改性后對β晶的形成有強烈的誘導作用，且使β晶形成的熔融溫度有較為明顯的降低。李濤等將滑石粉填入PB-1 中考察了不同含量的滑石粉對晶型轉變的影響。晶型II 的特征衍射出現在2θ分別為:11.7∶16.7∶18.2 處,分別對應于其四方晶型的(200)、(220)和(310)衍射面。而晶型I 的特征衍射出現在2θ分別為:10.1∶17.4∶20.2∶20.5 處,分別對應于其六方晶型的(110)、(300)、(220)和(211)衍射面。結果表明，當加入1wt%的滑石粉后，形成的不穩定的晶型II 更多。PB-1 中加入1% (wt) 滑石粉后,放置7、55 或127 h 的測試結果顯示，含滑石粉的PB-1 特征峰衍射強度的比值純PB-1 小，說(shuō)明了滑石粉的加入使晶型II 到晶型I 的轉變降低?？傮w來(lái)講，作為成核劑使用的改性滑石粉對熔融行為存在較大的影響，它可以使晶型轉變?yōu)榱硪环N晶型，使結晶的完善程度趨于一致。
3 結 論
隨著(zhù)滑石粉加工技術(shù)的進(jìn)步，滑石粉在塑料中的應用越來(lái)越廣。本文介紹了改性滑石粉對塑料力學(xué)和流變性能的影響。筆者建議今后在以下幾個(gè)方面多進(jìn)行研究：
（1）拉伸強度和模量會(huì )隨粒徑的尺寸降低而提高，但太細會(huì )加重表面處理任務(wù)，應加強對滑石粉粒徑粗細的研究,以達到對滑石資源的充分利用的目的;
（2）改性滑石粉繼承了滑石粉的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)對滑石粉自身存在的不足有了顯著(zhù)的改善，應加強對滑石粉改性劑的研究，以加深對其改性后效果的了解;
（3）應加強對改性劑對滑石粉進(jìn)行改性然后與不同材料進(jìn)行復合的研究，以拓廣其應用領(lǐng)域，為復合材料的發(fā)展打開(kāi)另一扇門(mén);
（4）應加強對滑石粉填充進(jìn)塑料的可消納性的研究，以便讓人們更好地接受。
作者：韓維高，楊雙春，李東勝，李曉鷗，李思凡（遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）
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