滑石粉材料工程梁爽

滑石粉材料工程梁爽第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一1表面處理方式2加工工藝3對性能的影響第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一滑石粉滑石是一種含水的層狀硅酸鹽礦物，其化學(xué)式為3MgO·4SiO2·H2O?；幕瘜W(xué)穩(wěn)定性十分良好，耐強(qiáng)酸及強(qiáng)堿，同時還具有良好的電絕緣性能和耐熱性?；鳛橐环N優(yōu)良的功能原料和填料，在陶瓷、涂料、造紙、紡織、橡膠和塑料等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一對滑石粉進(jìn)行表面改性處理的原因隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對滑石粉的純度、白度和細(xì)度提出了越來越高的要求，特別是超細(xì)滑石粉，在國內(nèi)外市場上需求量很大。但是，滑石粉作為無機(jī)填料與有機(jī)高聚物分子材料之間在化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理形態(tài)上有著很大的差異，缺少親和性，使之滑石粉與聚合物之間混合不均勻、粘合力弱，導(dǎo)致制品的力學(xué)性能降低。為此，必須對滑石粉進(jìn)行表面改性處理，提高滑石粉與聚合物的界面親和性，改善滑石粉填料在高聚物基料中的分散狀態(tài)，這樣滑石填料在復(fù)合材料中就不僅具有增量作用，還能起到增強(qiáng)改性的效果，從而提高復(fù)合材料的物理力學(xué)性能，使滑石得到更好的應(yīng)用和擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一滑石粉作為填料填充有機(jī)高分子材料可改善制品的剛性、尺寸穩(wěn)定性、潤滑性。可防止高溫蠕變減少對成型機(jī)械的磨損可使聚合物在通過填充提高硬度與抗蠕變性的同時，還可使聚合物的耐熱沖擊強(qiáng)度提高可改善塑料的成型收縮率制品的彎曲彈性模量及拉伸屈服強(qiáng)度第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一表面活化處理滑石粉的表面有親水性基團(tuán)，并呈極性，而多數(shù)塑料有疏水性，兩者之間的相容性差；同時，越細(xì)的滑石粉，加工過程中越易于團(tuán)聚而最終影響填充塑料的性能。因此，為了改善兩者之間的界面結(jié)合，必須采用適當(dāng)?shù)姆椒▽圻M(jìn)行表面改性，也稱為表面活化處理。第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一改性用的改性劑主要有兩大類：鈦鋁酸脂類、鋁酸脂類、硅烷類及硬脂酸類，應(yīng)用較多的是鈦酸脂類十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化按、烯基磺酸鈉等。偶聯(lián)劑類表面活性劑類第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一超細(xì)粉體表面改性中主要有以下幾種方法(1)表面覆蓋改性方法：將表面活性劑覆蓋于粒子表面，賦予粒子表面新的性質(zhì)。這種方法是將表面活性劑或偶聯(lián)劑以吸附或化學(xué)鍵的方式與粒子表面結(jié)合，使粒子表面由親水變?yōu)槭杷?，使粒子與聚合物的相容性得以改善。該方法是目前最普遍采用的方法。(2)機(jī)械化學(xué)方法：這種方法是將比較大的粒子通過粉碎、摩擦等方法使其變得較小，在這個過程中粒子的表面活性變大，亦即表面吸附能力增強(qiáng)，易于吸附其它的物質(zhì)，使工藝簡化，成本降低，同時可使產(chǎn)品的質(zhì)量易于控制。(3)外膜層改性方法：在粒子表面均勻地包覆一層聚合物，從而使粒子表面性質(zhì)發(fā)生變化的方法。第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一超細(xì)粉體表面改性中主要有以下幾種方法(4)局部活性改性：利用化學(xué)反應(yīng)在粒子表面接枝上一些可與聚合物相容的基團(tuán)或官能團(tuán)，使無機(jī)粒子與聚合物有更好的相容性，從而達(dá)到無機(jī)粒子與聚合物復(fù)合的目的。(5)高能量表面改性：利用高能放電、紫外線、等離子射線等所產(chǎn)生的巨大能量對粒子表面改性，使其表面具有活性，提高粒子與聚合物的相容性。（6）沉淀反應(yīng)改性：這種方法就是利用沉淀反應(yīng)對粒子表面進(jìn)行包覆，從而達(dá)到改性的效果。第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一1.鈦酸酯偶聯(lián)劑改性T

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E鈦酸酯偶聯(lián)劑目前已成為復(fù)合材料不可缺少的改性劑之一。鈦酸酯偶聯(lián)劑的作用是在填料表面形成一層單分子覆蓋膜,改變其原有的親水性質(zhì),使填料表面性質(zhì)發(fā)生根本性變化。由于鈦酸酯偶聯(lián)劑具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu),對聚合物與填充劑有良好的偶聯(lián)效能,因而可提高填料的分散性、流動性,改善復(fù)合材料的斷裂伸長率、沖擊性和阻燃性能等。第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一主要方法干法濕法滑石粉在預(yù)熱至100℃～110℃的高速混合機(jī)中攪拌烘干,然后均勻加入計(jì)量的鈦酸酯偶聯(lián)劑(用適量的15#白油稀釋),攪拌數(shù)min即可獲得改性滑石粉填料。計(jì)量的鈦酸酯偶聯(lián)劑用一定量溶劑稀釋后,加入一定量滑石粉,于95℃下攪拌30min,過濾烘干得改性滑石粉產(chǎn)品。第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一鈦酸酯偶聯(lián)劑改性滑石粉填料的應(yīng)用特性T

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E經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑改性的滑石粉填料可提高與聚丙烯（PP）的相容性，降低體系粘度，增加體系流動性，改善體系加工性能，減少變形，提高尺寸穩(wěn)定性，擴(kuò)大PP的應(yīng)用范圍。第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一2.鋁酸酯偶聯(lián)劑改性

改性方法將適量的鋁酸酯（如L2型）溶于溶劑（如液體石蠟）中，加入烘干的1250目的微細(xì)滑石粉進(jìn)行研磨30min改性，并在100℃下恒溫一段時間，冷卻后即得改性產(chǎn)品。第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一改性滑石粉的特性用鋁酸酯改性后的滑石粉與普通滑石粉相比，在液體石蠟中的粘度顯著減小，水滲透時間增大，有機(jī)憎水改性效果明顯。由鋁酸酯改性的滑石粉代替半補(bǔ)強(qiáng)碳黑填充橡膠，其拉伸強(qiáng)度、伸長率等力學(xué)性能有所提高，同時，替代量很大，可達(dá)到降低成本，減少環(huán)境污染的效果。第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一3.有機(jī)高分子改性采用甲苯二異氰酸酯(TDI)和丙烯酸羥丙酯(HPA)對滑石粉體進(jìn)行表面改性，分別接枝包覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)層和甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯共聚物(PMMA-Co-PBA)層，構(gòu)成復(fù)合粒子。第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一復(fù)合滑石粉粒子制備方法取經(jīng)TDI、HPA表面處理并進(jìn)一步純化處理的有機(jī)化滑石粉粒子、甲苯、引發(fā)劑及丙烯酸丁酯（BA）和二乙烯苯（DVB）各適量置于反應(yīng)釜中，攪拌均勻，在維持溫度為75±5℃的情況下，連續(xù)滴加下列按適當(dāng)比例混合的溶液：甲基丙烯酸甲酯（MMA）、BA、DVB、甲苯、偶氮二異丁腈。滴加完畢后在80±5℃下維持反應(yīng)2.5h。然后在減壓下蒸出溶劑及未反應(yīng)物(絕對壓力約8kPa，溫度不小于85℃)，然后經(jīng)索氏萃取器用異丙醇抽提24h，再經(jīng)洗滌烘干過篩制得表面有機(jī)高分子復(fù)合滑石粉粒子。第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一改性滑石粉復(fù)合粒子的的應(yīng)用特性包覆高分子后的滑石粉復(fù)合粒子混配的材料，其拉伸、沖擊強(qiáng)度均較滑石粉直接填充者有明顯的提高，包覆粒子的沖擊、拉伸強(qiáng)度大致提高(119±4)，而經(jīng)無規(guī)共聚柔性高分子包覆的拉伸強(qiáng)度提高136，沖擊強(qiáng)度提高162。柔性高分子包覆的滑石粉復(fù)合粒子混配材料，其增強(qiáng)增韌效果十分明顯，而且可在大范圍填充下(粒子填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)5～35)強(qiáng)韌性增長持續(xù)有效(拉伸強(qiáng)度提高1/3，沖擊強(qiáng)度提高近2/3)。這種復(fù)合粒子是一種行之有效的提高制品綜合性能、降低材料成本的新型填充材料，用于電纜料時綜合性能良好。第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一4.硅烷偶聯(lián)劑改性滑石粉屬于極性的水不溶物質(zhì)，當(dāng)它們分散于極性極小的有機(jī)高分子樹脂中，因極性的差別，造成二者相容性不好，直接或過多地填充往往容易導(dǎo)致材料的某些力學(xué)性能下降以及易脆化等缺點(diǎn)，從而對制品的加工性能和使用性能帶來負(fù)面影響?？刹捎霉柰榕悸?lián)劑對滑石粉填料的表面進(jìn)行改性處理。第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一改性方法將硅烷偶聯(lián)劑(如KH–570)配成溶液，攪拌均勻。將溶液滴入烘干后的滑石粉中，攪拌40～60min，使處理劑充分包覆填料，再經(jīng)加熱烘干即制得改性滑石粉。第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一復(fù)合材料的應(yīng)用性能由硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性的滑石粉作為高分子材料的填料，可使填充體系的強(qiáng)度、模量均有明顯的提高，改性效果良好，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價值。第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一5.磷酸酯改性改性方法主要包覆處理過程為:先將滑石粉于80℃攪拌下在磷酸酯的水溶液中預(yù)包覆1h，接著于95℃左右干燥；最后再升高溫度至125℃，熱處理1h。磷酸酯的用量為滑石粉的0.5至8質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一磷酸酯包覆滑石粉的性能磷酸酯可與滑石粉表面發(fā)生化學(xué)吸附和物理吸附反應(yīng)形成表面包覆，增加表面包覆量可改善滑石粉的分散狀態(tài)，可顯著改變填充體系的形態(tài)和機(jī)械性能。第二十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期一展望滑石因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，被廣泛用于造紙、化妝品、日用化工、陶瓷、塑料、建筑材料、橡膠及醫(yī)藥等行業(yè)。PP塑料的改性滑石粉將是滑石在塑料工業(yè)中的重要應(yīng)用領(lǐng)域，需針對不同塑料產(chǎn)品的需要來設(shè)計(jì)滑石產(chǎn)品。對滑石粉的改性還必須考慮到生產(chǎn)成本以及使用工藝中的問題，還必須努力使滑石生產(chǎn)加工面向能充分體現(xiàn)滑石的特性及優(yōu)勢的高附加值行業(yè)?？梢钥匆姮F(xiàn)階段對滑石的改性使用的改性劑研究多為偶聯(lián)劑。有人采用天然或合成膠乳處理滑