滑石粉表面含有親水基團而具有較高的表面能,作為無機填料與有機高聚物分子材料之間在化學結構和物理形態上有著很大的差異,缺少親和性,需對滑石粉粒子進行表面處理以改善滑石粉與聚合物二者之間的界面結合力,提高滑石粉粒子與聚合物的均勻分散性及相容性。
為方便各位同行參考了解,粉體技術網特意整理了10個滑石粉表面改性配方,具體如下:
配方1:KH-570(壓敏膠領域)
配方2:檸檬酸(聚丙烯領域)
配方3:馬來酸酐、硬脂酸、鈦酸酯對比(聚丙烯領域)
配方4:鈦酸酯、硅烷偶聯劑KH-550和十八胺對比(聚乳酸領域)
配方5:KH-550與OTES對比(聚丙烯領域)
配方6:鋁酸酯、鈦酸酯偶聯劑與硬脂酸對比(聚乙烯薄膜領域)
配方7:熱塑性彈性體POE與偶聯劑對比(聚丙烯領域)
配方8:硬脂酸、鋁酸酯、鈦酸酯對比(防結塊劑領域)
配方9:醋酸與鈦酸酯偶聯劑復配(聚丙烯領域)
配方10:羧甲基殼聚糖與硫酸鋁復配(造紙領域)
配方1:KH-570(壓敏膠領域)
改性劑:KH-570。
改性方法:配置30%的氫氧化鈉溶液,將10g的滑石粉倒入250mL裝有氫氧化鈉溶液的三口燒瓶中,90℃下劇烈攪拌6h,冷卻后,用蒸餾水洗滌數次,離心機離心得到的樣品在80℃條件下真空干燥48h,制得表面羥基化的滑石粉。將10g羥基化后的滑石粉加入裝有75mL乙醇和10mL蒸餾水的三口燒瓶中,并將溶液用冰醋酸調至弱酸性,超聲分散30min,然后加入2gKH-570,在85℃水浴條件下劇烈攪拌6h,冷卻至室溫,出料,離心機離心,得到的樣品用無水乙醇反復洗滌三次,然后在80℃下真空干燥24h,最后得到改性后的滑石粉。
測試與表征:FTIR、接觸角、TG、丙烯酸酯壓敏膠性能。
改性效果:FTIR分析表面硅烷偶聯劑接枝到了滑石粉表面?;劢浌柰榕悸搫└男院?,接觸角明顯增大,由46左右增大到80左右,滑石粉由親水性變為疏水性。當改性滑石粉含量為1.5%時,丙烯酸酯PSA的耐熱性能和粘結性能最佳。
配方2:檸檬酸(聚丙烯領域)
改性劑:檸檬酸
改性方法:取一定量的滑石粉配制成懸濁液,緩慢加熱并攪拌,在60℃恒溫時,將檸檬酸溶液緩慢滴加到懸濁液中,攪拌1h,120℃烘干,研磨,得到改性的滑石粉。按一定的比例,將PP/滑石粉加入雙螺桿擠出機中采用熔融共混的方法擠出造粒,擠出溫度為200~225℃。在轉速為180r/min、溫度210℃時將所得粒料在注塑機上加工成測試樣條。
測試與表征:聚丙烯復合材料性能。
改性效果:滑石粉經檸檬酸改性后能夠明顯改善與PP的相容性,促進滑石粉顆粒在PP基體中的均勻分散,從而實現復合材料的加工流動性能和沖擊韌性、拉伸強度等力學性能的全面提高,同時增強增韌聚丙烯的作用。
配方3:馬來酸酐、硬脂酸、鈦酸酯對比(聚丙烯領域)
改性劑:馬來酸酐、硬脂酸、鈦酸酯、石蠟。
改性方法:稱取一定量的滑石粉放到干燥箱里,于120℃下干燥6h左右,然后把干燥之后的滑石粉與放入高速混合機(先對其高混機進行加熱到60℃),再加入一定量的改性劑,在2500/min的高速轉動體系中,混合5~10min,使改性劑均勻包覆在滑石粉表面,再次加人一定量的石蠟,對其進行二次包覆,得到改性滑石粉。
測試與表征:PP復合材料性能。
改性效果:當馬來酸酐用量為5%,填料用量為10phr時,馬來酸酐改性滑石粉/PP復合材料的綜合力學性能最佳。DSC測試表明改性劑和滑石粉的添加能夠提高PP復合材料的Tm,使聚合物的結晶更完全,增強了PP復合材料的耐熱性;TGA測試表明改性滑石粉/PP復合材料在380℃范圍內具有好的熱穩定性。
配方4:鈦酸酯、硅烷偶聯劑KH-550和十八胺對比(聚乳酸領域)
改性劑:鈦酸酯、硅烷偶聯劑KH-550、十八胺
改性方法:取適量滑石粉放置于真空干燥箱中干燥,將定量(改性劑用量均為滑石粉的1%)的鈦酸酯、硅烷KH-550、十八胺分別溶于適量石油醚、無水乙醇和氯仿中,充分攪拌后倒入裝有滑石粉的燒杯中與其混合均勻,干燥至恒重。
測試與表征:SEM、聚乳酸復合材料性能。
改性效果:(1)使用不同的改性劑對滑石粉進行處理后,滑石粉/PLA復合材料的拉伸強度均有所提高,且硅烷偶聯劑KH-550處理過的滑石粉對拉伸強度和斷裂伸長率的提高效果最好,拉伸強度由未處理時的62.5MPa達到72.1MPa。
?。?)DTA分析表明表面處理劑對滑石粉進行處理可使滑石粉/PLA復合材料的結品溫度有所降低;動態再結晶分析也表明滑石粉含量為1%的復合材料相對于未添加填料的PLA材料出現明顯結品,球晶半徑減小且結晶速率得到提高,經過硅烷偶聯劑KH-550處理后結晶程度進一步提高。
配方5:KH-550與OTES對比(聚丙烯領域)
改性劑:γ―氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、正辛基三乙氧基硅烷(OTES)
改性方法:取一定量硅烷偶聯劑溶于20mL的無水乙醇當中進行預分散30min接著在高速混合機中,加入預分散的硅烷偶聯劑和滑石粉,在100Hz的條件下高速混合30min,取出,在120°C下干燥2h,得到預分散改性的滑石粉。
測試與表征:聚丙烯復合材料性能。
改性效果:(1)采用預分散法對滑石粉進行表面改性更有利于其與成核劑協同來提高聚丙烯的力學性能和耐熱性能,并且具有長鏈烷基結構的聚硅氧烷(正辛基三乙氧基硅烷偶聯劑OTES)的改性作用效果明顯優越于具有短鏈結構的聚硅氧烷(氨丙基三乙氧基硅烷KH-550)。
?。?)當OTES的用量為滑石粉用量的1%時,10%的改性滑石粉可以與2%的磷酸酯鈉鹽成核劑來協同制備高剛聚丙烯,此時成核劑/滑石粉-聚丙烯復合體系的彎曲模量為2450MPa、彎曲強度為57.9MPa、拉伸強度為39.6MPa、沖擊強度為56.5J/m,熱變形溫度為121.5℃,較空白聚丙烯分別提高了70%、34%、10%、49%和36%。
配方6:鋁酸酯、鈦酸酯偶聯劑與硬脂酸對比(聚乙烯薄膜領域)
改性劑:鋁酸酯偶聯劑LS-822、硬脂酸1801、鈦酸酯偶聯劑TMC-130。
改性方法:先將塊狀偶聯劑搗碎,然后將滑石粉與一定比例的偶聯劑放入高速混合機中,設定溫度為60℃,混合30min,出料即可得改性滑石粉。將改性滑石粉、聚乙烯按一定比例在高速混合機中攪拌,攪拌均勻后出料,在雙螺桿擠出機上擠出,并造粒用于吹塑薄膜,設定加工溫度為190℃,螺桿電機頻率為20Hz。將滑石粉填充好的聚乙烯粒料經吹膜機組進行吹膜試驗,牽引卷曲后得到聚乙烯薄膜。設定工藝:溫度為170℃,螺桿電機頻率為15Hz,吹脹比為2。
測試與表征:接觸角、活化率、紅外光譜、聚乙烯吹塑薄膜性能。
改性效果:(1)改性滑石粉接觸角由大到小排列為鈦酸酯、鋁酸酯、硬脂酸。鈦酸酯偶聯劑處理粉體的活化率較高,鋁酸酯也較好,硬脂酸較差。對比來看,鈦酸酯偶聯劑效果最好,偶聯劑與滑石粉的結合為較牢固的化學鍵相連。
?。?)偶聯劑雖然對薄膜的力學性能有提升作用,但用量不宜太多。鈦酸酯偶聯劑質量為滑石粉的2%時,聚乙烯薄膜的力學性能較好。
配方7:熱塑性彈性體POE與偶聯劑對比(聚丙烯領域)
改性劑:硅烷偶聯劑A-151、鋁酸酯偶聯劑DL-411、鈦酸酯偶聯劑PN-130、熱塑性彈性體POE-871。
改性方法:(1)傳統滑石粉表面處理工藝:將粉體加入高速混合機,95~105℃下高速攪拌10分鐘以降低粉體中的水分含量,分別加入質量分數為0.8%的改性劑(硅烷偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑),高速攪拌15分鐘,放出待用。
?。?)彈性體包覆滑石粉工藝:將粉體加入高速混合機,
130~135℃下高速攪拌10分鐘,加入質量分數為0.8%的POE高速攪拌18分鐘(以POE完全融化并包覆在粉體表面為準),放出待用。
測試與表征:聚丙烯材料性能。
改性效果:(1)經偶聯劑活化改性處理的滑石粉,用于填充改性聚丙烯性能比未經活化的滑石粉好,主要體現在韌性(斷裂伸長率、缺口沖擊強度)、強度(彎曲強度、彎曲模量)、加工流動性(熔融指數)以及尺寸穩定性(收縮率)方面。
?。?)與傳統偶聯劑相比,用彈性體POE包覆改性的滑石粉,用于填充改性聚丙烯,除了流動性略小外,在韌性、強度,尤其在尺寸穩定方面有良好表現。
?。?)用彈性體包覆滑石粉填充改性聚丙烯,彈性體POE沒有親無機基團與無機填料發生物理或化學作用,但其高粘特性能對無機粉體形成穩定的包覆膜,POE與聚丙烯材料有良好的相容性,在與聚丙烯共混的過程形成海島結構,提高共混體系的綜合性能。
配方8:硬脂酸、鋁酸酯、鈦酸酯對比(防結塊劑領域)
改性劑:硬脂酸、鋁酸酯、鈦酸酯。
改性方法:將一定量滑石粉質量比的表面活性劑溶于100mL,乙醇中,然后將10g烘干的滑石粉分多次加入到制備的溶液中,在恒溫磁力攪拌器中共混一段時間后,抽濾、烘干。
測試與表征:活化指數、接觸角、粒度分析、SEM、化肥結塊率和結塊強度。
改性效果:(1)隨改性劑用量的增加,滑石粉的活化指數和接觸角均先增大后減小。鈦酸酯改性滑石粉的活化指數和接觸角均大于鋁酸酯和硬脂酸,表明鈦酸酯對滑石粉的改性效果最好。
?。?)滑石粉的較好的改性工藝參數:硬脂酸、鈦酸酯、鋁酸酯的用量分別為3%、2.5%、3%,改性時間為1.5h,改性溫度為65℃。改性滑石粉粒徑減小,分散性提高。
?。?)放置42d后,未添加滑石粉的尿素和復合肥的結塊率分別為26.79%和12.96%,結塊強度分別為868.38N/kg和1974.11N/kg;添加3%鈦酸酯改性的滑石粉作為防結塊劑時,尿素和復合肥的結塊率分別0.59%和0.46%,結塊強度分別為30N/kg和40N/kg。
配方9:醋酸與鈦酸酯偶聯劑復配(聚丙烯領域)
改性劑:醋酸、鈦酸酯偶聯劑CT2。
改性方法:(1)滑石粉的預處理:滑石粉浸泡于不同濃度的醋酸中,進行抽濾處理,然后在100~120℃的真空烘箱中進行烘干處理,制備出醋酸預處理滑石粉。
?。?)滑石粉表面改性將醋酸預處理后的滑石粉(或未預處理的滑石粉)與鈦酸酯偶聯劑混合,進行抽濾處理,然后在100~120℃的真空烘箱中進行烘干處理,制備出改性滑石粉。
測試與表征:接觸角、活化率、SEM、PP復合材料性能
改性效果:(1)滑石粉經PH值為4.0的醋酸預處理后,接觸角增大到114.97°,活化率增大到93.4%,滑石粉表面性質由親水性變為親油性。
?。?)滑石粉經pH值為4.0的醋酸預處理后PP/改性滑石粉復合材料的沖擊強度和拉伸性能均得到提高和改善,當醋酸預處理的改性滑石粉用量為30份時,沖擊強度最大值達到3.21k/m2
?。?)尺寸穩定性研究表明,醋酸預處理的PP改性滑石粉復合材料尺寸變化率減小,穩定性提高。
?。?)SEM分析表明,醋酸預處理的改性滑石粉與PP界面結合作用更強?;劢沺H值為4.0的醋酸預處理后,對PP的結晶行為有一定影響,tc降低到163.53℃
配方10:羧甲基殼聚糖與硫酸鋁復配(造紙領域)
改性劑:羧甲基殼聚糖(脫乙酰度90%左右)、硫酸鋁
改性方法:取0.25g羧甲基殼聚糖制備0.25wt%羧甲基殼聚糖水溶液;常溫下,在三口燒瓶中加入5g填料和50ml蒸餾水,充分攪拌使其混合均勻后,將上述配制好的一定量的羧甲基殼聚糖溶液(5wt%,相對于填料量)加入到三口燒瓶中,在500r/min下繼續充分攪拌混合30min。再一次性加入一定量新配制的硫酸鋁溶液并繼續攪拌20min。將改性填料懸浮液經洗滌、過濾處理后,再重新分散于水中,備用。
測試與表征:SEM、加填紙張性能。
改性效果:(1)羧甲基殼聚糖在硫酸鋁作用下可有效用于滑石粉填料的包覆改性,包覆改性的效果與硫酸鋁的用量密切相關。
?。?)羧甲基殼聚糖改性可有效提高紙張的強度性能和填料留著性能。當硫酸鋁用量為6%時,與未改性滑石粉加填紙張相比,改性填料加填紙張在灰分提高27.2%的同時,抗張指數也提高了22.5%,耐破指數變化較??;白度略有下降,而不透明度有所上升。動態留著和濾水行為表明,改性填料可提高留著率,動態濾水性能也有所改善。
?。?)加填紙張SEM表明,改性填料能和紙漿纖維形成有效的吸附和結合,可有效提高填料的留著率和成紙的強度性能。

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