1、所有粉體填料都必須要表面改性處理么？
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）對粉體填料進(jìn)行表面處理, 使之從表面親水性轉變?yōu)槭杷?親油) 性, 也稱(chēng)之為表面活化或有機化, 應當不存在分歧的。
但也要看到在許多情況下, 粉體填料不進(jìn)行表面處理照樣可以在塑料中使用, 而粉體經(jīng)過(guò)表面處理的填充塑料的性能并沒(méi)有顯著(zhù)的提高。例如在軟質(zhì)聚氯乙烯塑料制品中可以直接使用不經(jīng)表面處理的粉體填料, 如人造革、鋪地材料、鞋底等, 一方面這些軟質(zhì)聚氯乙烯塑料中存在著(zhù)增塑劑, 如鄰苯二甲酸二辛醋(俗DOP)、氯化石蠟等, 它們在塑料加工過(guò)程中可以浸潤粉體填料, 實(shí)現對填料顆粒的包覆,填料進(jìn)不進(jìn)行表面處理并不影響加工性。
另一方面某些塑料制品的使用性能對材料本身的強度、沖擊性能等指標要求不高, 從降低原材料成本考慮使用不經(jīng)處理的粉體填料更為合算。因此對粉體填料要不要進(jìn)行表面處理必須具體問(wèn)題具體對待。
填料經(jīng)過(guò)表面處理, 由親水性轉為親油性, 或者通過(guò)化學(xué)反應或者通過(guò)分子鏈相互纏繞使填料與基體樹(shù)脂之間的粘結強度大大提高, 其界面由于存在過(guò)渡區顯得模糊, 這已是被眾多研究和電鏡照片證實(shí)。但并非在任何情況下兩相界面粘結強度都是越結實(shí)越好。
例如在熱固塑料中使用玻璃纖維可以達到顯著(zhù)增強的目的, 我們通常使用硅烷偶聯(lián)劑處理玻璃纖維, 一方面是因為硅烷偶聯(lián)劑溶于水, 可以很方便地在水中完成玻璃纖維表面的有機化, 另一方面硅烷偶聯(lián)劑分子以硅原子為中心的四個(gè)鏈中有三個(gè)鏈可以和玻璃纖維表面進(jìn)行化學(xué)反應, 生成強度極高的氧鍵, 第四個(gè)鏈通常在鏈端也帶有反應活性基團, 可以參與環(huán)氧樹(shù)脂或不飽和樹(shù)脂的固化反應, 從而把高分子基體材料和玻璃纖維通過(guò)化學(xué)鍵牢固地聯(lián)系在一起, 形成粘接強度極高的兩相界面。這種界面一旦形成, 大分子與玻璃纖維之間的相對位置就已固定, 很難再發(fā)生相對位移,這對熱固性塑料沒(méi)有什么關(guān)系。因為一旦反應完成后,熱固性塑料本身就呈立體網(wǎng)狀分子結構, 不能熔融也不能溶解于某種溶劑中。但界面強度過(guò)大, 將大大限制大分子位移, 使得熱塑性塑料的熔融加工十分困難, 因此在處理用于熱塑性塑料的粉體填料時(shí), 不宜使用硅烷偶聯(lián)劑, 而應當使用欽酸醋偶聯(lián)劑、鋁酸醋偶聯(lián)劑或其它表面處理劑。
即使使用了欽酸醋、鋁酸醋一類(lèi)的偶聯(lián)劑, 對于熱塑性塑料來(lái)說(shuō), 也不一定界面粘結強度越強越好, 特別是對填充材料的沖擊韌性和剛性、強度都有較高的要求時(shí), 更應注意兩相界面的結構。這種設想就是填料作為內核, 在填料與高分子之間形成一定厚度的包覆層,既和填料有良好的聯(lián)系, 又與樹(shù)脂基體有良好的相容性, 當外力作用時(shí)可以通過(guò)和基體樹(shù)脂同時(shí)變形而吸收沖擊能, 實(shí)現剛性和韌性的協(xié)調一致。這種表面處理技術(shù)已成功地應用于汽車(chē)保險杠、儀表板等改性聚丙烯材料中。
表面處理劑的種類(lèi)、質(zhì)量和使用方法是否得當也直接影響著(zhù)表面處理的效果, 而且目前大部分表面處理劑所處理的填料, 其填充塑料材料的力學(xué)性能沒(méi)有顯著(zhù)改善, 請見(jiàn)表2。
2、如何選擇表面改性設備和工藝？
填料進(jìn)行表面處理另一個(gè)需要注意的問(wèn)題就是處理設備與工藝。目前用于粉體填料表面處理的最常見(jiàn)的設備就是高速混合機。這種設備本來(lái)是用于聚氯乙烯樹(shù)脂捏合, 在沒(méi)有任何改動(dòng)的情況下用于粉體填料表面處理, 對于比較粗的粉體填料來(lái)說(shuō)還是可以的。將加熱方式改變成電加熱或電/油加熱, 使之更適合于沒(méi)有蒸汽鍋爐企業(yè)從事改性塑料生產(chǎn)。這種設備由于結構上的先天不足, 用于對粒度小于10μm( 1250目) 的粉體填料進(jìn)行表面處理時(shí), 往往不盡人意, 粉塵飛揚較嚴重, 微小粒徑的粉體顆粒相互之間摩擦產(chǎn)生靜電, 在未接觸到所加人的表面處理劑時(shí), 往往會(huì )相互凝聚形成團粒, 既使整個(gè)團粒的表面被有機化, 團粒不僅不能被后續的混煉工序及制品成型工藝打開(kāi), 而且會(huì )一直存在于最終的產(chǎn)品中, 影響產(chǎn)品的性能和外觀(guān)。
如果在進(jìn)人高速混合機之前, 粉體填料的微小粒子已經(jīng)凝聚, 那么指望在現有的高速混合機中將其分散開(kāi)來(lái)并被包覆或在其表面發(fā)生化學(xué)反應是不現實(shí)的。在不同粉體填料的生產(chǎn)過(guò)程中, 有的是經(jīng)粉碎—分級的單一過(guò)程完成的, 而有的要經(jīng)過(guò)水參與。很多企業(yè)和科研單位已經(jīng)采取必要的措施, 實(shí)現粉體填料邊生產(chǎn)邊表面處理, 而且取得一定的成效。
如清華大學(xué)高分子研究所將平均粒徑40μm的重質(zhì)碳酸鈣在攪拌球磨機中進(jìn)行粉碎細化, 并加人自制的能起助磨和偶聯(lián)兩種作用的復合活化劑, 將粉碎過(guò)程與表面改性結合起來(lái)。結果表明研磨重鈣的平均粒徑從40μm細化到10μm, 而且顆粒表面已改變?yōu)橛H油性。用這種工藝生產(chǎn)的重鈣添加于PVC樹(shù)脂壓制成板材, 其重鈣含量達70份時(shí), 板材沖擊強度仍大于7kJ/㎡, 同時(shí)仍保持著(zhù)較好的拉伸強度 。還有的單位正在從事粉碎與表面處理相結合的工藝及相應的設備研究。
我們認為對于粒徑已達到10μm以下, 甚至達到納米尺寸時(shí), 邊生成微細顆粒, 邊進(jìn)行表面處理是十分必要的, 也是將來(lái)微細、超微細的粉體填料能否真正應用到塑料中的關(guān)鍵技術(shù)。
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