|
| |
| 国内高岭土填充改性塑料技术最新研究进展 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-08-06 14:06:07 浏览次数： |
|
| |
我国高岭土资源非常丰富，已发现矿点700多处，对200处矿点探明储量为30 亿吨。粤西茂名等地就拥有极为丰富的优质高岭土资源。目前高岭土在国民经济中的陶瓷、造纸、油漆、涂料、橡塑、电缆、耐火材料、纺织、水泥、化工等众多领域得到广泛应用。
造纸工业是精制高岭土最大的应用领域，约占高岭土总用量的60%。高岭土应用于造纸，能够给予纸张良好的覆盖性能和涂布光泽性能，还能增加纸张的白度、不透明度、光滑度及印刷性，可以极大地改善纸张的质量。将高岭土填充入橡胶、塑料中，可提高制品的表面性能、尺寸精度、力学强度、耐磨性、绝缘强度、抗红外性和耐化学腐蚀性等，故高岭土拥有光明的市场发展前景。
相对而言，目前高岭土在塑料填充领域的用量占总产量的比重偏低，塑料成型行业对高岭土填料了解不足，因此有必要对高岭土填充塑料的研究现状进行总结归纳。迄今为止，国内开展的高岭土填充塑料研究工作主要集中在聚氯乙烯PVC 、聚烯烃和尼龙等少数品种。高岭土填充塑料的研发难点主要在于：①对高岭土进行有效的表面改性，使粒子的亲水性表面被有机化合物完全包覆，改善其与大分子基体间的相容性，降低填料加入对体系力学性能，尤其是韧性方面的不利影响；②使高岭土粒子在塑料基体中均匀分散，不发生明显的团聚现象，在保证共混物力学性能满足要求的前提下，尽量提高高岭土的填充量。针对以上技术问题，科研工作者开展了以下研究工作。
1 聚氯乙烯PVC体系
蔡启振使用不同粒径的未改性高岭土填充PVC，发现随高岭土粒径减小，其对电缆料力学性能的不利影响逐渐缓解，但整体性能类似于填充重质碳酸钙。但通过偶联剂处理的低品位高岭土，填充效果明显改善，类似于活性碳酸钙，可用于生产高绝缘PVC电缆料。
郭蓉在高速搅拌机中对高岭土进行表面处理，并将其填充入PVC塑料中。与未改性高岭土/PVC体系相比，改性高岭土与PVC基体间结合力增强，颗粒分散均匀，不易团聚，共混物的断裂伸长率明显提高。
王虎采用硬脂酸、硅烷偶联剂和含硅烷侧基的共聚物，分别对煅烧高岭土进行表面处理。并将改性高岭土与PVC树脂、碳酸钙等助剂共混制备电缆料。实验结果表明，含硅烷侧基的共聚物不仅与高岭土表面顺利偶联，而且共聚物主链与PVC间具有优异的相容性，故其改性效果(体积电阻率、拉伸性能、低温冲击性能)最为突出。
黄国强将高岭土用乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷进行表面处理，并与丁腈橡胶NBR一起共混入PVC/CPE体系。活性高岭土和NBR的共同加入，能发挥显著的协同效应，增韧效果明显优于单独混入高岭土或NBR。适量的活性高岭土能够缩短塑化时间，降低熔体粘度，使共混物更易加工成型。
刘志强将改性煅烧剥片高岭土、干法改性煅烧高岭土、湿法改性煅烧高岭土和改性漂白高岭土分别填充入PVC塑料中制成改性料，考察不同高岭土品种对体系力学和电学性能的影响。高岭土经铝钛复合偶联剂处理后，其与PVC大分子间的相容性明显改善。四种高岭土中， 改性煅烧剥片高岭土的改性效果最好。
沈振选用有机胺类或不饱和脂肪酸酯类表面处理剂对高岭土进行改性，并将其填充入PVC/橡胶非硫化体系。测试结果说明，有机胺的处理效果(共混物的100%定伸模量、拉伸强度和断裂伸长率)更加突出。从扫描电子显微镜SEM照片中观察到，表面处理剂能显著改善高岭土颗粒与高分子基体间的相容性和分散性。
王民权研究了煅烧处理不同品位高岭土的组成、结构、微观形态与填充PVC塑料的流变性能之间的关系。结果表明，高岭土品位越高，PVC填充体系的表观粘度越大。片状颗粒在塑化初期发挥降粘作用，之后则促进PVC的塑化。利用此研究成果，可通过控制煅烧条件，改善高岭土填充塑料的加工性，以满足成型各类制品的需要。
2 聚烯烃体系
目前科研工作者主要通过两种方式实现高岭土在聚烯烃基体中的均匀分散：机械熔融共混和聚合填充。朱晓君分别选用硅烷偶联剂KH570 和自制大分子偶联剂对高岭土进行表面改性，将改性高岭土与高密度聚乙烯HDPE熔融共混制得高岭土/HDPE共混材料。测试结果说明，共混体系中大分子偶联剂充分包覆高岭土颗粒， 形成“芯-壳”结构，使共混物的韧性明显提高。其对体系韧性的改善效果优于KH570。大分子偶联剂改性的高岭土可以在高填充量下(质量含量20%)，对HDPE发挥显著的增韧增强效果。
高岭土在填充入聚丙烯前也需进行表面处理，处理方法与此类似。国产聚乙烯PE薄膜的红外线阻隔率低，夜间温室内土壤发出的红外线会透过薄膜散失，故国产PE膜温室效应比较差。李宝智使用两步法对煅烧高岭土进行表面改性：⑴将高岭土加入捏合机中并摩擦升温，滴加助改性剂；⑵粉体温度升至100℃时，把复合改性剂喷雾加入。接着把改性高岭土制成农膜用保温母粒，最后将母粒与聚乙烯树脂共混吹塑成农用大棚膜。对比实验发现，填充改性煅烧高岭土农膜的红外线阻隔率优于碳酸钙、滑石粉和远红外线陶瓷粉。高岭土改性农膜的力学性能无明显变化，膜的浊度虽然略有增大，但不会对使用产生不利影响。
熊传溪采用超细高岭土和四针状ZnO晶须填充超高分子量聚乙烯UHMWPE， 开展复合材料的摩擦磨损性能研究。结果表明，高岭土和ZnO晶须的并用可以发挥显著的协同作用，使UHMWPE的摩擦系数和磨损率明显降低。
董金勇利用聚合填充法将Ziegler-Natta催化剂负载于高岭土表面，进而引发乙烯聚合， 制备出高岭土填充聚乙烯材料。当高岭土质量含量达40% 时, 共混物的拉伸强度超过30MPa, 断裂伸长率410%, 韧性明显高于熔融共混PE/高岭土复合材料。高岭土颗粒表面被PE高分子链所包覆, 不易团聚, 无机粒子与高分子相间的相容性明显改善, 故对体系力学性能的不利影响比较轻微。并且高岭土还能对聚乙烯的结晶过程发挥异相成核作用。
龚国芳采用聚合填充法制备出高岭土/超高分子量聚乙烯UHMWPE复合材料, 并重点考察材料的摩擦磨损特性。结果表明聚合填充产物性能明显优于机械共混产物;当高岭土质量含量为6.6%时, 聚合填充产物的浆体冲蚀磨损特性优于纯UHMWPE。聚合填充法制备的高岭土/UHMWPE共混物, 基体UHMWPE的结晶度降低, 结晶温度提高。
钱翼清在马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH存在下, 向聚丙烯PP/高岭土复合材料中分别加入多种橡胶, 以期改善复合材料过低的韧性。实验结果说明, 三元乙丙橡胶EPDM增韧效果最好。加入10份EPDM, 体系的缺口冲击强度提高到增韧前的289.7%, 无缺口的提高到342.4%。
3 尼龙体系
PA6的抗冲击性能较差，如果混入低密度聚乙烯LDPE和马来酸酐接枝聚乙烯LDPE-g-MAH，虽然共混物的韧性能明显提高， 但体系的刚性下降明显。张凌燕同时将LDPE、改性高岭土和增容剂LDPE-g-MAH混入PA6中，共混物不仅韧性有所提高，而且刚性未受损害。
崔巧丽选用改性纳米高岭土和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物POE-g-MAH对PA66进行增韧改性。研究发现，高岭土与POE-g-MAH间存在明显的协同效应，在使PA66韧性显著提高的同时， 对共混物的刚性影响很小。
4 其他塑料体系
向定汉将聚四氟乙烯PTFE与纳米高岭土共混入多种塑料中(如聚苯硫醚PPS和聚甲醛POM)， 使共混物的摩擦因数和磨损率明显降低，PTFE与高岭土间还存在协同效应。为了改善聚四氟乙烯PTFE的摩擦磨损性能， 雷晓宇将纳米高岭土和石墨混入PTFE中。测试发现，PTFE共混物不仅耐磨性得到改善， 而且摩擦因数也能保持较低的水平。
5 结 语
高岭土不仅储量丰富，价格低廉，而且填充入塑料中，可以明显改善共混物的力学强度、耐磨性和抗红外性等综合性能，提升产品档次和市场竞争力。但由于高岭土属于无机物， 同有机高分子材料间相容性较差，故两者简单共混, 所得产物的韧性很差。高岭土必须先用偶联剂进行表面处理后，才能与塑料材料进行共混。目前常用于高岭土处理的偶联剂主要是硅烷类物质，可共混的塑料品种也主要限于聚氯乙烯、聚烯烃和尼龙等。相信随着新型高效偶联剂的使用，高岭土将在更多塑料品种的填充领域中得到广泛的应用。
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
