（中國粉體技術網(wǎng)/班建偉）目前, 高嶺土已在造紙、耐火材料、橡膠、塑料、油漆和搪瓷等工業(yè)中廣泛應用。高嶺土粒子細微化是高嶺土改性方向之一, 目的是利用研磨細化后的超小粒徑效應獲得對橡膠、塑料等的良好補強效果。據(jù)報道, 使用10份平均粒徑為2μm 的高嶺土補強的NR 硫化膠的拉伸強度比使用相同份數(shù)平均粒徑為20nm 的白炭黑補強的NR硫化膠要高。
但高嶺土超細顆粒具有表面能高、表面親水疏油、極易團聚的特點, 難以在非極性或弱極性的橡膠和塑料中均勻分散, 因此必須對高嶺土超細粉體進行表面改性, 使高嶺土粒子表面包覆上一層有機物( 如偶聯(lián)劑、表面活性劑等) , 使其由疏油親水變?yōu)槭杷H油, 這樣不僅增強了高嶺土與橡膠、塑料基體的相容性和結合力, 還提高了高嶺土的分散性、增大了其填充量, 從而達到改善橡膠和塑料物理性能、降低成本的目的。這對擴展高嶺土的應用領域, 充分、合理利用我國高嶺土資源, 加快我國經(jīng)濟發(fā)展有著重要的意義。
經(jīng)過多年的研發(fā), 高嶺土表面改性已取得了豐碩的成果, 特別是在用偶聯(lián)劑表面改性高嶺土補強橡膠方面成果尤為顯著。
(1) 硅烷偶聯(lián)劑改性
郭榮華等對高嶺土進行了不同方法的表面處理, 并用作NR, BR 和SBR 的補強填料進行試驗, 結果表明, 經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑和季銨鹽改性的高嶺土對橡膠的補強效果都較好, 即對橡膠的拉伸強度和撕裂強度的提高效果較好, 而改性高嶺土/NR 體系的改善程度最大。
有機季銨鹽的改性作用更有利于提高膠料拉伸強度, 而硅烷偶聯(lián)劑則更有利于提高膠料撕裂強度。分析原因認為, 硅烷偶聯(lián)劑水解后與高嶺土表面形成Si-O-Si 化學鍵, 而另一端的活性官能團( 如NH2等) 與橡膠發(fā)生交聯(lián)反應, 從而形成穩(wěn)定的高嶺土/橡膠界面結合層; 而有機季銨鹽與高嶺土的表面作用只是一種離子交聯(lián)吸附, 長碳鏈僅起到改善相容性的作用。
鄔潤德等研究了分別用乙烯基硅烷和氨基硅烷改性的高嶺土補強NBR/ PVC 熱塑性彈性體, 結果表明, 兩種偶聯(lián)劑均能有效地提高熱塑性彈性體的物理性能, 但當改性劑過量時, 彈性體拉伸強度和拉斷伸長率都會下降, 這可能是由于乙烯基硅烷在表面處理過程中自身發(fā)生聚合反應或氨基硅烷自身水解縮聚的緣故, 改性劑用量以高嶺土質(zhì)量的3%為宜。
研究還表明, 通過適當增加填料用量, NBR 與PVC 的共混比在很寬的范圍內(nèi)熱塑性彈性體都具有較好的物理性能, 這是由于改性高嶺土與NBR 相容性很好的緣故。
黃國強等采用高溫煅燒和硅烷偶聯(lián)劑改性的方法獲得活性高嶺土, 并將改性高嶺土與NBR、PVC 和氯化聚乙烯( CPE) 進行共混試驗,分別對不同配方復合材料的缺口沖擊強度、拉伸強度和熔體粘度及加工塑化時間進行了測定, 結果表明, 適量的活性高嶺土不僅具有填充性能, 而且能與NBR 復合增韌增強PVC/ CPE 體系, 并改善其加工性能, 當活性高嶺土/ NBR/ CPE/ PVC用量比為16/ 8/ 4/ 100 時, 復合材料綜合性能良好, 且成本較低。
劉欽甫等用硅烷偶聯(lián)劑對高嶺土進行了表面改性并填充NR, 結果表明, NR 的拉伸強度、定伸應力和硬度均明顯提高, 達到了補強目的,但拉斷伸長率有所降低、拉斷永久變形增大, 他認為這是由于填料改性后與橡膠的相容性提高, 橡膠分子的交聯(lián)密度增大導致拉斷伸長率降低, 從而也使拉斷永久變形增大。
(2) 非硅烷偶聯(lián)劑改性
唐冬秀等研究了用鈦酸酯偶聯(lián)劑改性高嶺土對橡膠的補強作用, 結果表明, 表面改性后的高嶺土對橡膠具有較好的補強作用, 可完全替代碳酸鈣, 也可部分替代炭黑, 以降低生產(chǎn)成本。
研究還表明, 改性劑的用量為高嶺土質(zhì)量的3% 時效果最好, 原因是偶聯(lián)劑用量過大, 高嶺土表面的反應中心被完全占據(jù), 過量的偶聯(lián)劑不能再與高嶺土發(fā)生反應, 而是與占據(jù)高嶺土表面的偶聯(lián)劑活性基團以范德華力相互結合, 結果導致高嶺土表面的活性基團減少, 與橡膠分子的結合力減弱,從而使補強性能下降。
張鐳等用經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑處理過的超細活性高嶺土MH210作為填料應用于耐熱輸送帶覆蓋膠, 取得了滿意的效果, 在物理性能稍有下降的情況下改善了膠料的加工性能, 對非結晶性的SBR補強效果良好, 并降低了生熱。由于膠料擠出順利, 表面平整光滑, 焦燒時間較長, 大大減少了成品硫化后缺膠、明疤、水波紋等外觀質(zhì)量缺陷, 提高了耐熱輸送帶的合格率和一級品率。
許紅亮等以鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ130為主要改性劑, 輔以其它助劑, 利用高速攪拌改性機, 采用干法改性工藝對高嶺土進行表面改性, 并以改性高嶺土替代部分炭黑填充NR與BR的并用膠, 結果表明, 改性高嶺土對并用膠的補強效果很好, 膠料拉伸強度、撕裂強度、磨耗量等指標均接近炭黑補強的膠料。
(3) 偶聯(lián)劑并用改性
劉新海等以單烷氧基焦磷酸酯型和單烷氧基不飽和脂肪酸鈦酯類偶聯(lián)劑為主改性劑, 以表面活性劑脂肪酸CH3 ( CH2 ) nCOOH( n = 14 或16) 為輔助改性劑, 對旋風樣和收塵樣高嶺土粉體進行表面處理, 并填充NR, 結果表明, 雖然膠料的硬度和300% 定伸應力無明顯變化, 但衡量膠料性能最重要的指標拉伸強度卻有明顯的提高,特別是收塵改性樣品綜合補強效果達到半補強炭黑的水平, 這也說明了粉體顆粒細度對膠料的物理性能也有一定影響。
許多研究人員已在理論和試驗兩方面都證實了改性高嶺土替代炭黑或白炭黑填充塑料和橡膠的可行性, 找到了多種高嶺土表面改性劑和改性方法, 并進行了大量應用性嘗試, 取得了可喜成果。這些成果對擴展高嶺土資源的應用領域, 充分和合理利用高嶺土資源, 加快我國經(jīng)濟發(fā)展有著重要的意義, 同時也為高嶺土改性的進一步研究指明了方向。
隨著高嶺土超微細化( 納米化) 和表面改性劑的不斷研發(fā)、改性方法的不斷更新、加工設備的不斷改良, 高嶺土將會更大量、廣泛地應用于涂料、造紙、橡膠、塑料等行業(yè), 不僅可以作為填料以降低成本, 更重要的是能夠部分或全部替代炭黑和白炭黑, 提高材料的剛性、拉伸強度、沖擊強度等性能, 并賦予材料耐腐蝕、阻燃、絕緣等特殊的物化性能。
?歡迎進入【粉體論壇】
|
