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| 重質(zhì)碳酸鈣微粒相容性 改性研究進展 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2014-06-05 16:27:21 瀏覽次數(shù)： |
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 重質(zhì)碳酸鈣微粒( 重鈣微粒) 是一種重要的、天然的無機增韌增強功能性填料，存在“易團聚、難分散”、“相容性差”不足之處。材料力學(xué)性能在很大程度上取決于剛性粒子在基體中的分散性和兩者之間形成的界面相，重鈣微粒既可降低成本，又可改善樹脂、塑料、橡膠等基體的多方面性能，優(yōu)化高分子復(fù)合材料熱學(xué)性能與力學(xué)性能等。
因此，在研究重鈣微粒相容性時，往往加入相容劑，提高相容性，相容劑是由含有和聚合物共混組分相同或相似嵌段或接枝共聚物，其分子中含有能與共混組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或生成共價鍵、氫鍵的基團，按作用機理可分為反應(yīng)型相容劑和非反應(yīng)型相容劑，一般地，相容劑可提高體系各相的相容性。
重鈣微粒相容性改性最注重兩方面: 一是界面性質(zhì)，二是重鈣微粒/基體分散體系分散情況，同時滿足上述條件，復(fù)合材料性能較佳。復(fù)合材料中，相容劑正如媒介一樣，連接重鈣微粒與基體相，加入相容劑是改善非極性基體與極性重鈣微粒相容性的主要途徑之一。通常，相容劑引入基體/相容劑/重鈣微粒中，三者之間界面轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘟缑嫦? 另外，往往有新的界面相生成，從而增強高分子復(fù)合材料中的界面相互作用，進而影響復(fù)合材料的各項性能。
1 重鈣微粒相容性的改性
對于不完全相容的體系來說，兩相間的相容性不僅影響界面粘結(jié)性能，而且影響分散相在連續(xù)相中尺寸分布及分散狀況，相容性直接影響界面相，影響復(fù)合材料各項性質(zhì)指標，直接影響使用性能。通常，增強重鈣微粒的相容性均需相容劑，一般情況下，相容劑的主要作用有: ①降低聚合物之間的表面張力; ②調(diào)節(jié)界面厚度; ③調(diào)控分散相分布，穩(wěn)定相結(jié)構(gòu)，提高復(fù)合材料的性能。增強重鈣微粒相容性的主要方法有濕法、干法、復(fù)合法。
濕法是在一定固含量的漿料中添加配制好的相容劑，在一定的條件下對重鈣微粒進行改性，多數(shù)采用此工藝，但有消耗溶劑、干燥等環(huán)節(jié)存在成本高問題。
干法指干態(tài)或干燥后的微粒在表面改性設(shè)備中進行分散，加入相容劑等，在一定溫度下進行改性的工藝。復(fù)合法指機械法與表面化學(xué)包覆相容劑等多種方法復(fù)合、干燥與表面化學(xué)包覆改性復(fù)合工藝及沉淀反應(yīng)與表面化學(xué)包覆復(fù)合改性，即兩種或以上改性方法的復(fù)合，目的在于達到更好的相容性改性效果。
在加工條件等固定的條件下，重鈣微粒在基體的相容性、分散程度與其比表面積、表面自由能、基體表面極性、重鈣微粒/相容劑/基體相互之間所形成的界面性質(zhì)關(guān)系密切。要獲得均勻分散的復(fù)合材料，重鈣微粒與基體表面自由能要匹配、極性匹配、基體的粘度要小，與重鈣微粒/相容劑/基體相互之間的化學(xué)相互作用成反比，它們之間的作用越大，重鈣微粒反而越不易分散，這明顯與高韌性高強度的復(fù)合材料相矛盾。
3 影響重鈣微粒/基體相容性的主要因素
3．1 重鈣微粒的形狀與粒徑
納米級重鈣微粒的加入對模量的提高不如微米級重鈣微粒，而納米級重鈣微粒對復(fù)合材料韌性提高幅度要大些，由于局部形成“微膠囊”核殼結(jié)構(gòu)的緣故，晶須狀對剛性復(fù)合材料的提高略高于粒狀。隨重鈣微粒粒徑的減小，體系中最佳重鈣微粒含量呈減小趨勢，這是因為粒子越細，其表面缺陷越多，易與聚合物發(fā)生物理和化學(xué)結(jié)合，其相容性也越好，具有更大的界面破壞能，從而對聚合物的增韌效果也更好，界面粘結(jié)太強不利于界面脫濕形成空穴，反而阻礙了韌性的提高。根據(jù)Hopper 的變形層理論，界面層厚度宜在10 nm 以上，但若太厚，又不利于應(yīng)力向重鈣微粒傳遞，從而削弱重鈣微粒的增強作用。最佳界面層厚度可由處理劑的飽和濃度計算而得。
3．2 相容劑性質(zhì)
一般情況下，相容劑分為反應(yīng)型相容劑與非反應(yīng)型相容劑。反應(yīng)型相容，形成新的界面，兼有化學(xué)的或者物理的多種相互作用形式，相界面結(jié)合相對牢固，復(fù)合材料的各項性能指標較為優(yōu)良，其調(diào)節(jié)范圍也較寬。非反應(yīng)型相容劑，往往只有物理的、分子、原子或基團相互作用，而化學(xué)有關(guān)的相互作用較為少見或者沒有發(fā)生過。重鈣微粒，經(jīng)過相容劑改性后，形成界面相，表面由親水向親油過渡，增加了與基體的相容性，復(fù)合材料的復(fù)合優(yōu)勢得以發(fā)揮。
一般的加工條件下，大多數(shù)不相容的體系，形成“海島結(jié)構(gòu)”，即重鈣微粒分散在連續(xù)相基體中。相容劑降低兩相界面張力，促使兩相更加微細均勻分散，并保持穩(wěn)定的亞微形態(tài)棒狀或橢球狀分散在相基體中，相容劑降低兩相界面張力，促使兩相更加微細均勻分散，并保持穩(wěn)定的亞微形態(tài)。通過選擇相容劑的種類、用量及合適的加工條件，可以控制分散相的粒徑和分布達到最佳狀態(tài)，從而使原先沒有應(yīng)用價值的體系高性能化。
3． 3 基體相性質(zhì)
不言而喻，一般情況下，連續(xù)相基體的性質(zhì)對于界面相的形成有著重要的影響?；w相的官能團以及活性、基體極性、基體密度、基體玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等均會影響界面相的形成，甚至整個復(fù)合材料的形成。為了提高基體相材料的各項性能，可以考慮采用聚合物共混技術(shù)，以改善基體相的強度與韌性等綜合性能。
以相容劑修飾重鈣微粒的相容性，以增強重鈣微粒的相容性，進而形成重鈣微粒與基體相“有機”的、取長補短的結(jié)合，形成多相多功能型復(fù)合材料。重鈣微粒相容性改性的研究具有重要的科學(xué)技術(shù)價值，重鈣微粒在各行各業(yè)用途很廣，論述其相容性改性在復(fù)合材料中的應(yīng)用，解決其瓶頸問題，具有重要的社會效益與經(jīng)濟價值，很有可能為其將來的應(yīng)用打開閥門，有望成為發(fā)展復(fù)合材料熱點之一。
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