稀土偶聯(lián)劑在無機剛性粒子增韌聚丙烯體系中應(yīng)用

———稀土偶聯(lián)劑在無機剛性粒子增韌聚丙烯體系中應(yīng)用利用力學(xué)性能、熔體流動速率等性能的測定等方法考察了一種稀土偶聯(lián)劑（WOT）對CaCO3、BaSO4、Mg(OH)2、Mica和Talc等無機粒子的表面處理作用。發(fā)現(xiàn)經(jīng)WOT處理的CaCO3與聚丙烯（PP）的復(fù)合物，在一定條件下缺口沖擊強度可達到純PP的2倍、斷裂伸長率可達純PP的3倍左右，表現(xiàn)出顯著的無機粒子增韌效果；利用FTIR、SEM等考察了無機剛性粒子增韌PP的結(jié)構(gòu)形態(tài)及增韌機理，表明WOT在處理過程中與CaCO3之間除了物理吸附作用外，還發(fā)生了化學(xué)作用，在CaCO3表面形成了牢固的包覆層，改變了無機粒子的表面性能；并且經(jīng)WOT處理的CaCO3還具有β晶型成核劑的作用。

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聚丙烯（PP）具有良好的物理機械性能、加工性能和電絕緣性能等，是一種密度小、綜合性能優(yōu)良的通用高分子材料，廣泛用作各種改性材料的基礎(chǔ)樹脂。高分子材料中填充無機粒子，是獲得具有某些獨特性能高分子改性材料最有效和最便宜的途徑之一。各種PP基無機粒子改性材料已廣泛應(yīng)用于電器、汽車、建筑等領(lǐng)域。但是，常用的無機粒子，一般都是表面能很高的極性物質(zhì)，比表面積大，與表面能低的非極性聚丙烯基體之間性能差別很大，在采用熔融加工的方法復(fù)合時，二者因相容性差，使得無機粒子無法被PP熔體浸潤而容易自身聚集成團，分散性不好，且界面粘接差，導(dǎo)致復(fù)合物的沖擊強度、斷裂伸長率、加工流變性能等急劇下降[1~6]。

為改善與PP基礎(chǔ)樹脂之間的相容性，通常對無機粒子進行表面處理。處理無機粒子的方法很多，如氧化處理、熱處理、等離子體處理以及用表面改性劑涂覆等，其中最有效、便于操作，也是最廣為應(yīng)用的是利用表面改性劑涂覆技術(shù)。目前報道的表面處理劑很多，如價格低廉的脂肪酸及其衍生物和其它表面活性劑、硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類偶聯(lián)劑，以及近來出現(xiàn)的鋯酸酯類、磷酸酯類、硼酸酯類、錫酸酯類、異氰酸酯類等偶聯(lián)劑。開發(fā)高效、廉價、便于使用的新型偶聯(lián)劑是當(dāng)前偶聯(lián)劑研究的方向[7]。

稀土化合物是一類性能奇特的物質(zhì)，被認(rèn)為是構(gòu)筑信息時代新材料的寶庫。在一些體系中加入少量的稀土往往會出現(xiàn)意想不到的獨特性能，因而有“工業(yè)味精”之稱。新合成的稀土改性劑WOT可用作無機粒子的表面處理劑，無機粒子經(jīng)其處理后，可改善在PP基體中的分散性，提高復(fù)合物的沖擊性能及流動性，有望開發(fā)成為一類有效、價廉、環(huán)境友好的新型表面處理劑。這里介紹了利用這種稀土處理劑WOT處理不同無機粒子，與聚丙烯熔融混合制備復(fù)合物時的處理效果。

2結(jié)論

（1）WOT可明顯改變各種無機粒子的表面性能，經(jīng)其處理后的無機粒子表面由親水性變?yōu)槭杷?，且隨著WOT用量的增加，疏水性表現(xiàn)得更為明顯。WOT與CaCO3在處理過程中形成了WOT的溶劑抽提不掉的包覆層，兩者之間不僅僅是物理吸附，還有化學(xué)作用發(fā)生；WOT與其它幾種粒子之間無這種化學(xué)作用發(fā)生。

（2）WOT處理可提高各種無機粒子復(fù)合PP體系的加工流動性能。

（3）力學(xué)性能實驗表明，用2.5%WOT處理過的CaCO3在一定條件下可使PP復(fù)合物的Izod缺口沖擊強度提高到純PP的2倍左右，表現(xiàn)出明顯的無機粒子增韌效果；當(dāng)WOT用量為1.0%時，PP/CaCO3體系具有較均衡的韌性和強度。其它幾種粒子經(jīng)WOT處理后填充的PP復(fù)合物，韌性均高于相同含量未處理同種粒子的復(fù)合物。但就增韌效果而言，WOT對CaCO3、Mg(OH)2、BaSO4的改善效果更為顯著，對Mica和Talc效果不明顯。

（4）SEM觀察和粘度實驗表明，WOT處理使CaCO3、Mg(OH)2和BaSO4在基體中分散得更為均勻，從斷口亞微結(jié)構(gòu)上看，處理過的粒子脫粘后，界面上基體產(chǎn)生了大量塑性變形，而未處理粒子填充的體系中，粒子脫粘后只留下光滑的空洞，無塑性變形發(fā)生。

（5）WAXD實驗表明，各種無機粒子CaCO3、BaSO4、Mg(OH)2、Mica和Talc等單獨加入PP，不能誘導(dǎo)PP產(chǎn)生β晶型，用WOT處理的BaSO4、Mg(OH)2、Mica和Talc與PP形成的復(fù)合物中，也只有α晶型，但是，用WOT處理過的CaCO3