1、所有粉體填料都必須要表面改性處理么？
（中國粉體技術網/班建偉）對粉體填料進行表面處理, 使之從表面親水性轉變為疏水(親油) 性, 也稱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, 粉體填料不進行表面處理照樣可以在塑料中使用, 而粉體經過表面處理的填充塑料的性能并沒有顯著的提高。例如在軟質聚氯乙烯塑料制品中可以直接使用不經表面處理的粉體填料, 如人造革、鋪地材料、鞋底等, 一方面這些軟質聚氯乙烯塑料中存在著增塑劑, 如鄰苯二甲酸二辛醋(俗DOP)、氯化石蠟等, 它們在塑料加工過程中可以浸潤粉體填料, 實現對填料顆粒的包覆,填料進不進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處理的粉體填料更為合算。因此對粉體填料要不要進行表面處理必須具體問題具體對待。
填料經過表面處理, 由親水性轉為親油性, 或者通過化學反應或者通過分子鏈相互纏繞使填料與基體樹脂之間的粘結強度大大提高, 其界面由于存在過渡區顯得模糊, 這已是被眾多研究和電鏡照片證實。但并非在任何情況下兩相界面粘結強度都是越結實越好。
例如在熱固塑料中使用玻璃纖維可以達到顯著增強的目的, 我們通常使用硅烷偶聯劑處理玻璃纖維, 一方面是因為硅烷偶聯劑溶于水, 可以很方便地在水中完成玻璃纖維表面的有機化, 另一方面硅烷偶聯劑分子以硅原子為中心的四個鏈中有三個鏈可以和玻璃纖維表面進行化學反應, 生成強度極高的氧鍵, 第四個鏈通常在鏈端也帶有反應活性基團, 可以參與環氧樹脂或不飽和樹脂的固化反應, 從而把高分子基體材料和玻璃纖維通過化學鍵牢固地聯系在一起, 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, 很難再發生相對位移,這對熱固性塑料沒有什么關系。因為一旦反應完成后,熱固性塑料本身就呈立體網狀分子結構, 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, 不宜使用硅烷偶聯劑, 而應當使用欽酸醋偶聯劑、鋁酸醋偶聯劑或其它表面處理劑。
即使使用了欽酸醋、鋁酸醋一類的偶聯劑, 對于熱塑性塑料來說, 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, 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系, 又與樹脂基體有良好的相容性, 當外力作用時可以通過和基體樹脂同時變形而吸收沖擊能, 實現剛性和韌性的協調一致。這種表面處理技術已成功地應用于汽車保險杠、儀表板等改性聚丙烯材料中。
表面處理劑的種類、質量和使用方法是否得當也直接影響著表面處理的效果, 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性能沒有顯著改善, 請見表2。
2、如何選擇表面改性設備和工藝？
填料進行表面處理另一個需要注意的問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的設備就是高速混合機。這種設備本來是用于聚氯乙烯樹脂捏合, 在沒有任何改動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說還是可以的。將加熱方式改變成電加熱或電/油加熱, 使之更適合于沒有蒸汽鍋爐企業從事改性塑料生產。這種設備由于結構上的先天不足, 用于對粒度小于10μm( 1250目) 的粉體填料進行表面處理時, 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生靜電, 在未接觸到所加人的表面處理劑時, 往往會相互凝聚形成團粒, 既使整個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, 而且會一直存在于最終的產品中, 影響產品的性能和外觀。
如果在進人高速混合機之前, 粉體填料的微小粒子已經凝聚, 那么指望在現有的高速混合機中將其分散開來并被包覆或在其表面發生化學反應是不現實的。在不同粉體填料的生產過程中, 有的是經粉碎—分級的單一過程完成的, 而有的要經過水參與。很多企業和科研單位已經采取必要的措施, 實現粉體填料邊生產邊表面處理, 而且取得一定的成效。
如清華大學高分子研究所將平均粒徑40μm的重質碳酸鈣在攪拌球磨機中進行粉碎細化, 并加人自制的能起助磨和偶聯兩種作用的復合活化劑, 將粉碎過程與表面改性結合起來。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為親油性。用這種工藝生產的重鈣添加于PVC樹脂壓制成板材, 其重鈣含量達70份時, 板材沖擊強度仍大于7kJ/㎡, 同時仍保持著較好的拉伸強度 。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, 邊生成微細顆粒, 邊進行表面處理是十分必要的, 也是將來微細、超微細的粉體填料能否真正應用到塑料中的關鍵技術。
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