云母本身帶有一定的表面親水特性,其界面與塑料、橡膠等高分子材料的界面性質不同,相容性差,難以在基質中分散均勻,因此,在實際應用過程中必須對云母進行表面改性,最大限度提升其在介質中的分散特性,提高其應用性能和價值。
為方便各位同行參考了解,粉體技術網特意整理了10個云母粉表面改性配方,具體如下:
配方1:KH-550(復合絕緣材料)
配方2:KH-570
配方3:氨基硅烷偶聯劑(防腐涂料)
配方4:鋁酸酯偶聯劑(薄膜)
配方5:油酸(潤滑脂)
配方6:齊聚物改性劑BVS
配方7:潤濕分散劑BYK系列對比
配方8:鈦酸酯偶聯劑、表面活性劑對比
配方9:SCA、KH-550、KH-560與KH-570(對比+復配)
配方10:PEG、SLS、SDS表面活性劑復配
配方1:KH-550(復合絕緣材料)
改性劑:硅烷偶聯劑KH-550。
改性方法:稱取一定量的云母粉使用真空干燥箱70℃烘干2h后,將硅烷偶聯劑、水、乙醇按一定比例混合,制備濃度分別為5%、6%、7%、8%、9%、10%的硅烷偶聯劑溶液。將干燥的云母粉以及硅烷偶聯劑溶液加入三口燒瓶中,置于80℃水浴鍋中充分攪拌1h。取出,抽濾,洗凈云母粉表面乙醇后烘干,研磨過篩,得到不同濃度硅烷偶聯劑改性的云母粉。
測試與表征:沉降體積、SEM、復合絕緣材料性能。
改性效果:(1)當硅烷偶聯劑的濃度為6%時,改性云母粉24h沉降體積為1.8mL,沉降體積最小,分散性最好。經SEM照片對比,硅烷偶聯劑改性云母粉的分散性較好。
?。?)在改性云母粉添加量為5%~30%時,擊穿場強數據基本都保持在18kV/mm之上,電阻率數據數量級都保持在1014之上,說明復合絕緣材料具有良好的電氣性能。擊穿場強與電阻率數值越大,復合材料的絕緣性能越好。改性云母粉添加量為20%時,復合絕緣材料電氣性能最佳,擊穿場強可達到22.89kV/mm,體積電阻率達4.73×1015Ω·m,此時的表面電阻率達1.23×1015Ω,并且保持良好的熱穩定性。作為定子線棒的主絕緣材料來使用,可在提高工作效率的同時,減少安全事故的發生,延長發電機的使用壽命。
配方2:KH-570
改性劑:硅烷偶聯劑KH-570。
改性方法:將絹云母置于真空干燥箱中在80℃干燥2h;稱取一定質量干燥好的絹云母,按照1:5的質量比添加去離子水,超聲分散30min;KH-570按1:10的質量比與乙醇溶液混合后倒入三口燒瓶,在60℃下水解30min;將超聲分散后的絹云母和水解后的KH-570在三口燒瓶中混合均勻,然后使用恒溫磁力攪拌器在設定時間和溫度下進行濕法改性實驗;濕法改性結束后,將制備產物進行多次洗滌抽濾,真空干燥至恒重,最終得到KH-570改性絹云母。
測試與表征:濁度、活化指數、接觸角、吸油值、FT-IR、XRD、TG分析。
改性效果:(1)KH-570改性絹云母的最佳工藝條件為:KH-570用量1.5%、反應溫度60℃和反應時間2h,此時其濁度為587NTU,活化指數為80%,接觸角為50°,吸油值為46%。相比未改性絹云母,KH-570改性絹云母的濁度提高了115%,活化指數提高了134%,接觸角提高了194%,吸油值提高了71%,疏水性和分散性提高。
?。?)FT-IR分析表明,KH-570與絹云母表面羥基發生了偶聯反應,KH-570引入絹云母表面得到KH-570改性絹云母。
?。?)激光粒度分析和SEM分析表明,KH-570改性絹云母的平均粒徑變小,團聚現象減弱,分散更加均勻。
?。?)XRD分析表明,KH-570改性絹云母并沒有改變絹云母原本的晶體結構,但使其結晶度得到降低。
?。?)TG分析表明,KH-570改性絹云母的表面KH-570含量約為5%,耐熱溫度約為680℃,具有較好的熱加工性能、熱穩定性能和耐高溫性能。
配方3:氨基硅烷偶聯劑(防腐涂料)
改性劑:氨基硅烷偶聯劑。
改性方法:將去離子水和無水乙醇按1:1的比例配制一定量溶液置于200mL燒杯中,再稱取一定量的改性劑置于其中,放于60℃水浴攪拌加熱,促使改性劑預水解待用。再稱取一定量的云母粉置于高速混合機中,預分散混合5min,稱取設定比例預水解完畢的硅烷改性劑加入其中,高速混合20min,烘干物料,測試待用。
測試與表征:活化度、接觸角、防腐涂料性能。
改性效果:(1)使用硅烷改性劑對云母粉進行改性,能明顯改善云母在涂料體系中的應用性能,改性劑的最佳用量為1.5%。
?。?)改性云母粉在提升涂料體系的生產效率和應用性能方面,效果均優于未改性的云母粉。隨著云母粉添加量的增大,由于吸油量變大原因,體系的黏度呈上升的趨勢,且細度下降的時間會拉長,對生產制造性及效率有不良影響。相對于未改性產品,改性云母粉對體系黏度的影響明顯下降,能改善生產效率和體系黏度。
?。?)添加云母粉對涂膜的物理性能未見有明顯不良影響。云母粉添加量少于5%時,涂膜的抗腐蝕性能稍差,在合適范圍內,添加量越大防腐性能越優異。
?。?)綜合生產效率和防腐性能,在工業防腐涂料中,未改性云母粉的合理添加量在8%~12%,改性云母粉的合理添加量在10%~15%,此時涂料的綜合性能最優。
配方4:鋁酸酯偶聯劑(薄膜)
改性劑:鋁酸酯偶聯劑GR-AL18。
改性方法:在干燥的納米云母粉中加入質量分數15%的鋁酸酯偶聯劑,在90℃下攪拌,得到活化時間為0.5h的酸酯偶聯劑改性納米云母粉。將不同比例的改性納米云母粉分別與PLA、聚己二酸丁二醇酯-共對苯二甲酸酯(PBAT)熔融共混,擠出吹膜獲得含有不同比例改性納米云母粉的納米復合薄膜。
測試與表征:FTIR、疏水性、DSC、TG分析、納米復合薄膜性能。
改性效果:鋁酸酯偶聯劑成功活化了納米云母粉。改性納米云母粉可以提高PLA的玻璃化轉變溫度,而PLA的結晶度先升高后降低,添加0.2%改性納米云母粉效果最佳。PLA/PBAT體系的熱穩定性隨著改性納米云母粉添加量的增加而略有下降。加入0.2%改性納米云母粉使薄膜的水蒸氣透過系數降低了28%。納米云母粉的加入增強了薄膜的界面粗糙度,加入改性納米云母粉后仍能滿足作為食品接觸材料的安全要求。
配方5:油酸(潤滑脂)
改性劑:油酸。
改性方法:將5%質量分數的油酸和白云母粉體加入行星式球磨機,并以一定量的乙醇作為助磨劑(以乙醇能浸沒白云母粉體為標準),在400r/min,室溫條件下,球磨改性1h后,洗劑抽濾烘干,得到改性白云母粉體。
測試與表征:SEM、粒徑分布、XRD、鋰基潤滑脂性能。
改性效果:球磨改性后的白云母粉體FTIR譜圖在2925和2854cm-1處出現了特征吸收峰,該峰歸屬于油酸甲基和亞甲基的伸縮振動,說明油酸成功改性到白云母粉體表面,從而有利于提高白云母微粉在鋰基潤滑脂中的分散穩定性。白云母微粉能夠有效提高鋰基潤滑脂的摩擦學性能,當添加量為0.5%和1.0%時,分別表現出最好的減摩性能和抗磨性能。
配方6:齊聚物改性劑BVS
改性劑:以丙烯酸丁酯(BA)、對苯乙烯磺酸鈉(SSS)和乙烯基三乙氧基硅氧烷(VTES)為單體,通過自由基聚合合成三元共聚齊聚物BAVTES-SSS(BVS)。
改性方法:(1)三元共聚物BVS的合成:將摩爾比為8:3:1(BA:VTES:SSS)的反應物料投入盛有N,N-二甲基甲酰胺的250mL三口燒瓶中,充氮氣保護,升溫至50℃,攪拌10min。滴加偶氮二異丁腈與十二硫醇的N,N-二甲基甲酰胺混合溶液,升溫至65℃,保溫反應1.5h放料,冷卻至室溫,除去溶劑得到三元共聚齊聚物改性劑VBS,密封保存,備用。
?。?)將絹云母、BVS、水以1:0.05:2.5(質量比)混合置于砂磨機中砂磨40min。反應停止后取出過濾得改性絹云母粉體。再以95%乙醇為溶劑,60℃索氏提取12h,烘干,球磨過篩,備用。
測試與表征:紅外光譜、粒度分布、TEM、SEM、沉降試驗。
改性效果:齊聚物改性劑BVS對絹云母具有良好的有機化改性效果。與空白樣相比,BVS@絹云母粒徑顯著減小,比表面積由0.539m2/g升高至0.839m2/g,表面積平均粒徑由11μm下降至7μm,體積平均粒徑由16μm下降至9μm,D50由14μm下降至8μm,D97由39μm下降至19μm,沉降實驗靜置12h無沉降。
配方7:潤濕分散劑BYK系列對比
改性劑:由非極性帶負電荷的碳氫鏈部分和極性的親水基團構成的陰離子型分散劑BYK-111、具有非極性基帶正電荷的烷羥基銨鹽化合物BYK-180、磷酸酯鹽型高分子聚合物BYK-145、含有顏料親和基團的高相對分子質量嵌段共聚物BYK-168。
改性方法:選取了4種不同種類的潤濕分散劑,通過共混的方式使助劑吸附到云母表面,以提高云母與光固化樹脂的相容性,其中潤濕分散劑添加量均為云母質量的10%。將雙酚A環氧丙烯酸樹脂G500和聚酯丙烯酸樹脂DR-E524混合,加入單官能度活性稀釋劑(EM-214)、光引發劑(1173)、流平劑(BYK-333)、附著力促進劑(PM-2)、潤濕分散劑混和均勻后,再加入云母填料,充分攪拌后真空脫除氣泡,制備光固化涂料。
測試與表征:光固化涂層固化速率、固化程度、附著力、硬度等性能和防腐性能。
改性效果:(1)云母填料的加入對光固化程度與固化速率影響較??;云母的加入可以提高涂層的附著力,由1級提升至0級,對涂層硬度的影響取決于云母在涂層中的分散程度;
?。?)未改性云母在涂層中的分散性較差,容易團聚,不僅不能提高涂層的耐腐蝕性,反而導致涂層產生大量的缺陷,加速腐蝕發生;用不同種類的潤濕分散劑對云母進行表面改性,能極大地提高云母在涂層中的分散性,從而提高所構筑的光固化涂層的防腐性能。
?。?)兩親性高相對分子質量嵌段共聚物BYK-168潤濕分散劑(含有顏料親和基團的高相對分子質量嵌段共聚物)對云母填料的改性效果最佳,30%改性云母添加量是最優添加量,所制備的光固化涂層耐中性鹽霧超過1000h。
配方8:鈦酸酯偶聯劑、表面活性劑對比
改性劑:異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯偶聯劑、硬脂酸、硬脂酸鎂、十六烷基三甲基溴化銨及十二烷基硫酸鈉等表面活性劑。
改性方法:(1)鈦酸酯偶聯劑改性,稱取5.0g未改性云母鈦珠光顏料于250mL三口圓底燒瓶中,加入10mL異丙醇,一定溫度下攪拌分散15min,再加入溶有一定量鈦酸酯偶聯劑的10mL異丙醇溶液,繼續水浴加熱攪拌、回流一段時間。反應結束后趁熱抽濾,用異丙醇洗滌,濾餅于80℃下烘干24h,最后過篩得到鈦酸酯偶聯劑改性的云母鈦珠光顏料。
?。?)表面活性劑改性,稱取干燥后的10g云母鈦珠光顏料粉末,置于250mL三口圓底燒瓶中,依次加入30mL的無水乙醇和一定量PH=3~4的助劑溶液,超聲2-5min分散后,于一定溫度下恒溫水浴攪拌鍋30min后緩慢滴加0.39聚二甲基硅氧烷和一定量表面活性劑的醇溶液(10mL),繼續恒溫攪拌一定時間后真空抽濾,樣品置于烘干箱70℃~80℃恒溫干燥24h,最后過篩(150目)可得到表面活性劑改性的云母鈦珠光顏料粉末。
測試與表征:沉降曲線、親油化度值、活化度、吸油量、SEM、XRD、FT-IR等。
改性效果:(1)使用異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯作為改性劑,通過活化指數和吸油量測試結果表明,規定反應體系溶劑用量為20mL時,改性劑用量為4%,反應溫度60℃,反應時間1.5h,對云母鈦珠光顏料粉體的表面改性效果較佳;鈦酸酯偶聯劑以化學鍵合的方式接枝于云母鈦珠光顏料粉體表面;云母鈦珠光顏料經鈦酸酯偶聯劑改性后,其表面接枝了一層有機膜層,由親水性轉為疏水性,具有良好的分散性。
?。?)用硬脂酸和硬脂酸鎂改性云母鈦珠光顏料的最佳工藝為反應時間t=2h、反應溫度T=70℃和用量2.0%;十二烷基硫酸鈉(SDS)改性時,最佳的反應參數為時間t=2.5h、溫度T=60℃和用量3.0%;十六烷基三甲基溴化銨改性時,最佳反應參數時間t=2.5h、溫度T=70℃和用量2.5%;不同表面活性劑改性云母鈦珠光顏料,具有不同程度的疏水親油能力及分散能力,其中以硬脂酸及硬脂酸鎂改性的效果最為理想。
?。?)改性后的珠光顏料粉體,通過親油化度、沉降體積和在水/油相中等測試表明其和有機相的相容性明顯優于未改性珠光顏料;XRD圖表明了經過改性后的云母鈦珠光顏料,雖然具有良好的親油疏水效果,但其晶體結構仍沒被破壞,所以仍保留云母鈦珠光顏料原有金黃色光澤的物理性質;紅外譜圖和電鏡分析表明,改性后的云母鈦珠光顏料表面接上了親油基的官能團。未改性的云母鈦珠光顏料易團聚,經過改性后使其表面吸附有一些粘土漿體中的納米顆粒,這不僅使得了云母鈦珠光顏料具有良好的疏水效果,同時也能改善噴涂時吸附負電荷的能力,增強漆膜的珠光效應。
配方9:SCA、KH-550、KH-560與KH-570(對比+復配)
改性劑:硅烷偶聯劑SCA、KH-550、KH-560、KH-570。
改性方法:絹云母在140℃下烘干2h,之后加入乙醇進行超聲震蕩分散,再加入水解后的偶聯劑進行改性,隨后抽濾、烘干,得到改性絹云母。
測試與表征:FT-IR、SEM、接觸角、環氧樹脂涂料性能。
改性效果:紅外光譜分析表明SCA通過與絹云母表面的羥基發生化學鍵合而實現對超細絹云母表面的修飾改性。SEM和接觸角測試表明單一偶聯劑改性后絹云母接觸角與未改性相比有所提高,其大小順序為:KH-550改性絹云母>KH-570改性絹云母>KH-560改性絹云母>未改性絹云母。KH-550和KH-570對絹云母的復合改性結果表明復合改性后絹云母的疏水親油性得到更大的提高,對絹云母的表面改性效果最佳。
配方10:PEG、SLS、SDS表面活性劑復配
改性劑:聚乙二醇200(PEG200)聚乙二醇300(PEG300)、聚乙二醇400(PEG400)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基磺酸鈉(SLS)。
改性方法:(1)二組分水性復配表面改性劑制備:將十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基磺酸鈉(SLS)、聚乙二醇200(PEG200)、聚乙二醇300(PEG300)和聚乙二醇400(PEG400)進行二組分等比例組合,制成水性復配表面改性劑,采用硬脂酸(B)和未添加任何改性劑的作為對照組。稱取二組分復配改性劑置于試管中,加入9mL蒸餾水,設定恒溫水浴鍋溫度80℃,加熱溶解備用。
?。?)絹云母表面改性:采用干法工藝對絹云母粉體進行表面改性處理。稱量500g絹云母粉體,置于高速混合機中,設置物料溫度為110℃,加熱溫度為115℃。物料溫度上升至102℃時,緩慢滴加上述二組分水性復配改性劑,先低速改性15min,再高速改性15min,冷卻至室溫,取出密封備用。硬脂酸對照組按上述方法進行表面改性處理。
測試與表征:吸油值、沉降體積、熱重分析、SEM、聚丙烯復合材料性能。
改性效果:聚乙二醇300和十二烷基硫酸鈉復配改性效果較優,活化絹云母的吸油值和沉降體積分別下降12.7mL/100g和1.9mL/g,且熱穩定性更好,復合材料的力學性能也優于傳統改性劑。聚乙二醇300和十二烷基硫酸鈉等比例復配改性絹云母復合材料力學性能最佳,沖擊強度和彎曲應力分別為40.34kJ/m2和45.81MPa。復合材料的斷面更加光滑平整,說明聚乙二醇300和十二烷基硫酸鈉復配改性劑有效改善了填料與聚丙烯之間的相容性。

|