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| 國(guó)內(nèi)高嶺土填充改性塑料技術(shù)最新研究進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-08-06 14:06:07 瀏覽次數(shù)： |
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我國(guó)高嶺土資源非常豐富，已發(fā)現(xiàn)礦點(diǎn)700多處，對(duì)200處礦點(diǎn)探明儲(chǔ)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(yīng)用。
造紙工業(yè)是精制高嶺土最大的應(yīng)用領(lǐng)域，約占高嶺土總用量的60%。高嶺土應(yīng)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(qiáng)度、耐磨性、絕緣強(qiáng)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(duì)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(duì)高嶺土填料了解不足，因此有必要對(duì)高嶺土填充塑料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)歸納。迄今為止，國(guó)內(nèi)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(shù)品種。高嶺土填充塑料的研發(fā)難點(diǎn)主要在于：①對(duì)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(jī)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(duì)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(tuán)聚現(xiàn)象，在保證共混物力學(xué)性能滿足要求的前提下，盡量提高高嶺土的填充量。針對(duì)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(xiàn)隨高嶺土粒徑減小，其對(duì)電纜料力學(xué)性能的不利影響逐漸緩解，但整體性能類似于填充重質(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(jī)中對(duì)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(jié)合力增強(qiáng)，顆粒分散均勻，不易團(tuán)聚，共混物的斷裂伸長(zhǎng)率明顯提高。
王虎采用硬脂酸、硅烷偶聯(lián)劑和含硅烷側(cè)基的共聚物，分別對(duì)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(yàn)結(jié)果表明，含硅烷側(cè)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(guó)強(qiáng)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)揮顯著的協(xié)同效應(yīng)，增韌效果明顯優(yōu)于單獨(dú)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(qiáng)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(duì)體系力學(xué)和電學(xué)性能的影響。高嶺土經(jīng)鋁鈦復(fù)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(jī)胺類或不飽和脂肪酸酯類表面處理劑對(duì)高嶺土進(jìn)行改性，并將其填充入PVC/橡膠非硫化體系。測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，有機(jī)胺的處理效果(共混物的100%定伸模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率)更加突出。從掃描電子顯微鏡SEM照片中觀察到，表面處理劑能顯著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(quán)研究了煅燒處理不同品位高嶺土的組成、結(jié)構(gòu)、微觀形態(tài)與填充PVC塑料的流變性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明，高嶺土品位越高，PVC填充體系的表觀粘度越大。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，以滿足成型各類制品的需要。
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(xiàn)高嶺土在聚烯烴基體中的均勻分散：機(jī)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(duì)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(cè)試結(jié)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(jié)構(gòu)，使共混物的韌性明顯提高。其對(duì)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(duì)HDPE發(fā)揮顯著的增韌增強(qiáng)效果。
高嶺土在填充入聚丙烯前也需進(jìn)行表面處理，處理方法與此類似。國(guó)產(chǎn)聚乙烯PE薄膜的紅外線阻隔率低，夜間溫室內(nèi)土壤發(fā)出的紅外線會(huì)透過(guò)薄膜散失，故國(guó)產(chǎn)PE膜溫室效應(yīng)比較差。李寶智使用兩步法對(duì)煅燒高嶺土進(jìn)行表面改性：⑴將高嶺土加入捏合機(jī)中并摩擦升溫，滴加助改性劑；⑵粉體溫度升至100℃時(shí)，把復(fù)合改性劑噴霧加入。接著把改性高嶺土制成農(nóng)膜用保溫母粒，最后將母粒與聚乙烯樹(shù)脂共混吹塑成農(nóng)用大棚膜。對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，填充改性煅燒高嶺土農(nóng)膜的紅外線阻隔率優(yōu)于碳酸鈣、滑石粉和遠(yuǎn)紅外線陶瓷粉。高嶺土改性農(nóng)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(duì)使用產(chǎn)生不利影響。
熊傳溪采用超細(xì)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(fù)合材料的摩擦磨損性能研究。結(jié)果表明，高嶺土和ZnO晶須的并用可以發(fā)揮顯著的協(xié)同作用，使UHMWPE的摩擦系數(shù)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(fù)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(dāng)高嶺土質(zhì)量含量達(dá)40% 時(shí), 共混物的拉伸強(qiáng)度超過(guò)30MPa, 斷裂伸長(zhǎng)率410%, 韌性明顯高于熔融共混PE/高嶺土復(fù)合材料。高嶺土顆粒表面被PE高分子鏈所包覆, 不易團(tuán)聚, 無(wú)機(jī)粒子與高分子相間的相容性明顯改善, 故對(duì)體系力學(xué)性能的不利影響比較輕微。并且高嶺土還能對(duì)聚乙烯的結(jié)晶過(guò)程發(fā)揮異相成核作用。
龔國(guó)芳采用聚合填充法制備出高嶺土/超高分子量聚乙烯UHMWPE復(fù)合材料, 并重點(diǎn)考察材料的摩擦磨損特性。結(jié)果表明聚合填充產(chǎn)物性能明顯優(yōu)于機(jī)械共混產(chǎn)物;當(dāng)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優(yōu)于純UHMWPE。聚合填充法制備的高嶺土/UHMWPE共混物, 基體UHMWPE的結(jié)晶度降低, 結(jié)晶溫度提高。
錢翼清在馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH存在下, 向聚丙烯PP/高嶺土復(fù)合材料中分別加入多種橡膠, 以期改善復(fù)合材料過(guò)低的韌性。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(qiáng)度提高到增韌前的289.7%, 無(wú)缺口的提高到342.4%。
3 尼龍?bào)w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(duì)PA66進(jìn)行增韌改性。研究發(fā)現(xiàn)，高嶺土與POE-g-MAH間存在明顯的協(xié)同效應(yīng)，在使PA66韌性顯著提高的同時(shí)， 對(duì)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(shù)和磨損率明顯降低，PTFE與高嶺土間還存在協(xié)同效應(yīng)。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(cè)試發(fā)現(xiàn)，PTFE共混物不僅耐磨性得到改善， 而且摩擦因數(shù)也能保持較低的水平。
5 結(jié) 語(yǔ)
高嶺土不僅儲(chǔ)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(qiáng)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(jìng)爭(zhēng)力。但由于高嶺土屬于無(wú)機(jī)物， 同有機(jī)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(yīng)用。
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