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浅谈无机填料,有机聚合物和偶联剂三者的的亲密关系

来源:广州宏武材料科技有限公司     发布时间:2020-06-03浏览量:

      在工业上广泛可见这样的应用场景,将无机粉体材料添加/填充到有机材料基体中,或起到降低成本,或起到增强有机材料原有“体质”的作用,或起到赋予有机材料新的技能的用途,如增强增韧、耐磨、导电、导热、隔热、耐高温、吸波、阻燃、抗辐射等......

      如氧化铝、氮化硼可作为塑料填料,使塑料具有良好的导热性能而且同时具有电绝缘性能;碳化硅晶须和颗粒可作为塑料填料,提高塑料制品的强度韧性和耐磨性等;将纳米铯钨青铜浆料添加到丙烯酸乳液中涂布薄膜,就可以获得具有优异透明隔热性能的功能薄膜,所得隔热薄膜是一种环保高隔热薄膜,可以应用于建筑节能改造以及充当汽车贴膜。金红石型二氧化钛作为塑料填料可增大光的反射率,起到光屏蔽剂的作用;碳纳米管具有优异的机械强度、导电、导热性能,加入到橡胶、塑料、树脂、陶瓷等制品中可提高其耐高温、耐高压、机械强度等性能。

      然而,无机粉体材料一般是极性或强极性的亲水矿物,与具有非极性的疏水的的表面的有机聚合物基体相容性差,如果直接将两者混合那么在后续成型加工过程中,由于基体的冷却收缩率大于无机填料,基体与填料的界面容易发生脱离,形成环隙或缝隙。其结果是,无机填料不仅没有补强效果,反而由于材料的内部形成微孔而使其力学性能下降。对填料采取适当的表面处理,可以增强填料与基材的界面强度,发挥出复合材料的最大优势。可用于填料表面处理剂有很多种,例如偶联剂、高分子表面活性剂、有机高分子等。


在填充体系中使用量最多的“偶联剂”有如下几种:

1、硅烷偶联剂 
      硅烷偶联剂其分子结构为:R-Si-X3,其中心原子是硅(Si),式中R为疏水基,如乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯酸酯、硫酸基等;X是能水解的亲无机集团,如烷氧基,甲氧基,乙氧基及氯等。硅烷偶联剂在国内有KH550,KH560,KH570,KH792,DL602,DL171这几种型号。其添加量一般为填料的1%左右。 硅烷偶联剂可用于许多无机填料。

2、钛酸酯偶联剂 
      根据钛酸酯偶联剂结构的不同,可大致将其可分为四类:单烷氧基型、单烷氧基焦磷酸酯型、整合型和配位体型。钛酸酯的用量通常为填料用量的0.5%。 钛酸酯偶联剂适用范围广,在热塑性塑料、热固性塑料及橡胶等填料体系中都具有较好的偶联效果。

3、铝酸脂偶联剂 

      铝酸酯偶联剂具有色浅、无毒、适用方便等特点,热稳定优于钛酸酯偶联剂,价格仅为钛酸酯偶联剂的一半。铝酸酯偶联剂与钛酸酯偶联剂一样,对体系填充量增加有益,可有效降低填充体系的粘度,改善树脂的加工性能。 铝酸脂偶联剂的用量一般为填充体系中所用填料质量的0.3~1.0%,对于注射或挤出聚乙烯硬制品,用量为填料的1.0%左右。其他工艺制品、软制品及发泡制品,用填料量的0.3-0.5%。使用高比表面的填料,如氢氧化铝、氢氧化镁、白炭黑等可用1.0%--1.3%。 


4、锆类偶联剂。
      锆类偶联剂是含铝酸锆的低分子量的无机聚合物。它不仅可以促进不同物质之间的粘合,而且可以改善复合材料体系的性能,特别是流变性能。该类偶联剂既适用于多种热固性树脂,也适用于多种热塑性树脂。


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