[學(xué)習(xí)]填料與偶聯(lián)劑及應(yīng)用

1、填料與偶聯(lián)劑Filler & coupling agent,,石頭紙,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,2,用石頭制紙的技術(shù)，原理就是將石頭的主要成分“碳酸鈣”研磨成超細(xì)微粒后吹塑成紙的。,石頭紙(Rich Mineral Paper, RMP),用磨成粉末的石頭為主要原料，加上15％的聚乙烯和5％膠合劑做成的。這種紙防水堅(jiān)固不易燃燒，最重要的是不用砍樹造紙，非常環(huán)保。2010年兩會期間，政協(xié)委員們領(lǐng)到了會議通知、日程表、便簽

2、紙等東西都是以碳酸鈣為主要原料的低碳“石頭紙”,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,3,配方和制作特點(diǎn),以高分子聚合物為基材原料（含量為20～30%），利用高分子界面化學(xué)原理和高分子改性的特點(diǎn)，經(jīng)特殊工藝處理后，采用聚合物擠出、吹制成型工藝制成。將石灰石礦石磨成1500-2500目的超細(xì)粉，隨后進(jìn)行第二道工序，將85%改性碳酸鈣添加上15%的添加劑制成母粒，最后通過擠壓吹膜設(shè)備制成紙或袋。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,4,應(yīng)用領(lǐng)域,應(yīng)

3、用于一次性生活消耗用品，比如垃圾袋、購物袋、食品袋、密實(shí)袋、餐盒、腳套手套、臺布、雨衣、防塵罩等；也可應(yīng)用于文化用紙，比如印刷紙、書寫紙、廣告裝潢紙、道林紙、涂布紙、膜造紙、圖畫紙、招貼紙、打字紙、郵封紙、香煙紙、格拉辛紙、新聞紙等；還可應(yīng)用于建材裝飾，比如裝飾壁紙等；還可應(yīng)用于工業(yè)包裝等領(lǐng)域，比如化肥袋、水泥袋、米面袋、服裝袋、各種手提袋、紙盒紙箱等；還可應(yīng)用于特殊用紙方面，比如野外作業(yè)用紙、水下作業(yè)用紙、礦下作業(yè)用紙、軍事特殊

4、用紙等。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,5,導(dǎo)熱塑料,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,6,導(dǎo)熱塑料,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,7,LED燈的壽命圖,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,8,代替鋁材,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,9,替代鋁,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,10,,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,11,代替金屬材料的優(yōu)勢,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,12,不同規(guī)格的原材料,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,13,炭

5、黑填充導(dǎo)電塑料,乙炔黑:河北下花園炭黑廠超導(dǎo)黑-1、超導(dǎo)黑-2:四川自貢炭黑廠超導(dǎo)黑-3:邯鄲永年炭黑廠超導(dǎo)黑-4:德國迪高薩公司提供PP-1600:北京向陽化工ABS 747:臺灣奇美公司SBS:岳陽化工廠酞酸酯偶聯(lián)劑:南京曙光化工廠,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,14,導(dǎo)電性能與炭黑,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,15,不同種類炭黑添加量與電性能關(guān)系A(chǔ)-超導(dǎo)黑-4德國;B-超導(dǎo)黑-3邯鄲永年;C-乙炔炭黑河北下花

6、園,導(dǎo)電炭黑制作工藝,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,16,雙螺桿造粒工藝過程,密煉-雙螺桿造粒工藝過程,聚丙烯編織袋(或聚丙烯管材)用填充母料,無規(guī)聚丙烯(APP) 35碳酸鈣 65鈦酸酯偶聯(lián)劑TTS 0.9硬脂酸(HSt) 3聚乙烯蠟 0.5,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,17,

7、加工條件 APP軟化點(diǎn)低，包覆填料效果較好，但制品的強(qiáng)度較低;其中碳酸鈣用氫質(zhì)型或重質(zhì)型均可，但均要預(yù)先進(jìn)行偶聯(lián)處理，然后再與APP等助劑混合。生產(chǎn)產(chǎn)品時一般添加填充母料10~30份，根據(jù)用戶性能要求而定;常用擠出工藝法生產(chǎn)，也可用雙輥法工藝生產(chǎn),聚乙烯制品用填充母料,LDPE 10 LLDPE 10 HDPE 5 CaCO3

8、 75 鈦酸酯偶聯(lián)劑TTS 1 石蠟 4 HSt 2,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,18,聚丙烯用填充母料,聚丙烯(粉狀PP) 100 碳酸鈣 120 偶聯(lián)劑NDZ101 0.7 硬脂酸鋅

9、 1 抗氧化劑1010 0.2 輔助抗氧劑DLTP 0.6,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,19,增強(qiáng)型填充母料,PP 100 硅灰石粉(400目) 250 偶聯(lián)劑KH-550 2.5 聚乙烯蠟

10、 5 HSt 1,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,20,ABS填充母料,ABS 10 SBS 8 CaCO3 100 偶聯(lián)劑 1 抗氧劑

11、0.3 光亮劑 1.2 使用時：ABS/母料=100/15,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,21,聚烯烴碳酸鈣填充母料,碳酸鈣 100 LDPE(1F7B) 20 偶聯(lián)劑OL-T999 1.3 硬脂酸鈣 2 白油

12、 2.6,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,22,硅灰石填充母料,LDPE 20 硅灰石粉(325目) 100 KH550 0.5~1.5 分散劑 5 潤滑劑 0.5,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,23,有關(guān)填料的項(xiàng)目,填充母

13、粒（碳酸鈣、滑石粉、硫酸鋇等）阻燃母粒（三氧化二銻、氫氧化鈣、氫氧化鎂）著色母粒（炭黑母粒、鈦白母粒，色母粒）吸水母粒（氧化鈣）木塑制品,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,24,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,25,填料的作用,提高剛性提高耐熱性改善耐候性增加尺寸穩(wěn)定性賦予著色遮蓋力降低成本,某些特殊填料：提高電絕緣性導(dǎo)熱性阻燃性導(dǎo)電性耐水性耐溶劑性降低粘度,目 錄,填料偶聯(lián)劑處理配方與工藝處理

14、設(shè)備和造粒設(shè)備,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,26,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,27,一、填料,碳酸鈣陶土白炭黑硫酸鋇玻璃微珠玻璃纖維,赤泥粉煤灰碳黑淀粉木粉,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,28,常用填料的性能,各種填料的性質(zhì),北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,29,目與粒徑對照表,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,30,對填料的基本要求,細(xì)度適當(dāng)不含有加速聚合物降解的成份吸收增塑劑的能力要小,北京化工大學(xué)材料

15、科學(xué)與工程學(xué)院,31,填料的粒徑,填料的粒徑對塑料的性能影響很大，在微米范圍內(nèi)粒徑越小，效果越好。剛性、硬度、耐熱溫度上升沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度（在~5%以下有增強(qiáng)作用，隨著填充量增加，沖擊強(qiáng)度均下降）尺寸穩(wěn)定性好，收縮率隨添加量增加而變小,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,32,填料和樹脂之間的作用,1.填料表面被樹脂所潤濕，顆粒包藏在樹脂內(nèi)。拉伸強(qiáng)度上升，伸長率下降。2.填料表面與樹脂產(chǎn)生強(qiáng)烈的物理粘附（范德華引力），塑料強(qiáng)度增

16、加。3.填料之間或填料與樹脂之間以化學(xué)力結(jié)合，增強(qiáng)效果顯著。如偶聯(lián)處理的填料。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,33,填料在樹脂中的分散,填料的表面處理偶聯(lián)劑,在樹脂中的分散設(shè)備研磨機(jī)混合機(jī)雙螺桿擠出機(jī),北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,34,填料對制品性能的影響,對軟PVC的影響對硬PVC的影響對糊PVC的影響,對PE的影響對工程塑料的影響,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,35,填料對軟PVC制品性能的影響,拉伸性能,北

17、京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,36,填料對軟PVC制品性能的影響,伸長率,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,37,填料對軟PVC制品硬度的影響,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,38,填料對軟PVC制品性能的影響,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,39,填料對軟PVC制品性能的影響,各種填料配合的軟PVC的增塑劑必要量,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,40,填料對軟PVC制品性能的影響,撕裂強(qiáng)度,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,41,填料對軟

18、PVC制品性能的影響,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,42,填料對軟PVC制品性能的影響,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,43,填料對軟PVC制品性能的影響,電性能,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,44,填料對硬PVC制品性能的影響,沖擊強(qiáng)度,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,45,填料對硬PVC制品性能的影響,不同填料對沖擊強(qiáng)度的影響,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,46,填料對硬PVC制品性能的影響,管材和管件的沖擊強(qiáng)度,北京化工大學(xué)

19、材料科學(xué)與工程學(xué)院,47,填料對硬PVC制品性能的影響,拉伸強(qiáng)度,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,48,填料對硬PVC制品性能的影響,彎曲強(qiáng)度,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,49,填料對硬PVC制品性能的影響,耐熱性,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,50,填料對硬PVC制品性能的影響,硬度與密度,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,51,填料對糊PVC性能的影響,粘度降低,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,52,填料對聚烯烴PO制品性能的影

20、響,硬度與密度增加強(qiáng)度下降沖擊性能下降耐熱提高一定程度,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,53,2.偶聯(lián)劑,常用的表面處理劑從物質(zhì)結(jié)構(gòu)與特性來劃分，主要可分為四大類：表面活性劑偶聯(lián)劑有機(jī)高分子無機(jī)物,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,54,表面活性劑,所謂表面活性劑，是指用極少量即可顯著改變物質(zhì)表面自由能(通常是降低)的物質(zhì)。其分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是具有兩個組成部分，其一是一個較長的非極性烴基，稱為疏水基，另一部分是一個較短的極性

21、基，稱為親水基。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,55,表面活性劑的兩個基本特性,由于表面活性劑這種不對稱的兩親分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此具有兩個基本特性：一是很容易定向排列在物質(zhì)表面或兩相界面上，從而使表面或界面性質(zhì)發(fā)生顯著變化。二是表面活性劑在溶液中的溶解度，即以分子分散狀態(tài)的濃度較低，在通常使用濃度下大部膠團(tuán)(締合體)狀態(tài)存在。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,56,表面活性劑按結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分類,離子型 (陰離子型和陽離子型和兩

22、性離子型)非離子型,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,57,按照表面活性劑分子大小分類,小分子表面活性劑高分子表面活性劑,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,58,表面活性劑按其親水基的類型分類,親水基為羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯鹽、磷酸酯鹽等的陰離子表面活性劑親水基為伯胺鹽、仲胺鹽、叔胺鹽、季胺鹽、吡啶鹽的陽離子表面活性劑親水基為氨基酸、甜菜堿、咪唑啉等的兩性離子表面活性劑等,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,59,表中是一些常用的表面活

23、性劑,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,60,表面活性劑的三個特性,一是表面活性劑在溶液中的某些重要性質(zhì)，即膠團(tuán)化作用，KP點(diǎn)和濁點(diǎn)；二是表面活性劑的表面性質(zhì)，即對表面張力的影響、表面作用和潤濕作用；三是表面活性劑本身結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)出來的親水親油性，即其親水親油平衡值(HLB值),北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,61,膠團(tuán)化作用和cmc值,表面活性劑分子的兩親結(jié)構(gòu)使其水溶液的許多性質(zhì)，如表面張力、界面張力、高頻電導(dǎo)、滲透壓、密度等都隨表面

24、活性劑濃度達(dá)到某一數(shù)值，而使各種溶液性質(zhì)發(fā)生突變。這一使溶液性質(zhì)發(fā)生突變的濃度值稱為臨界膠團(tuán)濃度(cmc)，此過程稱為膠團(tuán)化作用（表面活性劑分子從分子或離子分散狀態(tài)締合成膠團(tuán)）。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,62,臨界膠團(tuán)濃度(cmc),臨界膠團(tuán)濃度(cmc)值可以作為表面活性劑表面活性的一種度量，cmc越小表示形成膠團(tuán)所需表面活性劑的濃度越低，達(dá)到表面或界面飽和和吸附的濃度也越低，因而使溶液表面或界面，或與表(界)面有關(guān)的性質(zhì)發(fā)生

25、顯著變化所需的濃度也越低。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,63,cmc值測定,cmc值可以通過：表面張力法染料法加溶作用法光散射法等方法測定，在手冊中也可以方便地查到。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,64,離子型表面活性劑的KP點(diǎn),離子型表面活性劑在水中的溶解度與溫度有關(guān)，其溶解度溫度曲線發(fā)生明顯上升的拐點(diǎn)，稱為KP點(diǎn)。KP點(diǎn)越低即表示該表面活性劑的溶解性越大，所以可用為離子型表面活性劑在水中溶解性的度量。,北京化工大學(xué)

26、材料科學(xué)與工程學(xué)院,65,非離子表面活性劑的濁點(diǎn)(CP),與離子型表面活性劑不同，非離子型表面活性劑的KP點(diǎn)很低，而且在水中的溶解性隨溫度升高而降低。當(dāng)溫度達(dá)到某一值時水溶液出現(xiàn)渾濁，該溫度值稱為該表面活性劑的濁點(diǎn)(CP)。在濁點(diǎn)以下，非離子型表面活性劑分子在水溶液中大部分以膠團(tuán)狀態(tài)存在。濁點(diǎn)越低，表示非離子型表面活性劑在水中溶解度越小，也即在水溶液中從分子狀態(tài)轉(zhuǎn)化形成膠束的能力越強(qiáng)。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,66,表面活性劑的

27、KP點(diǎn)和濁點(diǎn)(CP),表面活性劑的KP點(diǎn)和濁點(diǎn)(CP)，可以直接從手冊中查到。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,67,表面張力,所謂表面張力就是使液體表面盡量縮小的力。是表面的分子受液體內(nèi)部分子強(qiáng)烈吸引而產(chǎn)生的。表面活性劑分子的兩種結(jié)構(gòu)，使其有在物質(zhì)表面或界面上定向排列的強(qiáng)烈傾向，因而表面張力明顯下降，這是表面活性劑表面活性最重要的性質(zhì)之一。表面活性劑使表面張力下降可以從其效率和能力兩方面來衡量。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,68,

28、表面張力,當(dāng)表面活性劑的濃度達(dá)到臨界膠團(tuán)濃度時，表面張力-表面活性劑濃度曲線明顯有一個轉(zhuǎn)折，而且表面張力基本不再隨活性劑的濃度變化。此時的表面張力(γcmc)可以判斷表面活性劑降低表面張力的能力的大小。γcmc越小，降低表面張力的能力越大。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,69,臨界膠團(tuán)濃度(cmc),對于均為同系物的表面活性劑來說，臨界膠團(tuán)濃度(cmc)則可以用比較其降低表面張力的效率，cmc值越小的，其效率越高。,北京化工大學(xué)材料科

29、學(xué)與工程學(xué)院,70,親水親油平衡值(HLB),表面活性劑使用時首先必須考慮其本身的親水親油性與應(yīng)用體系的親水親油生相適應(yīng)，以使表面活性劑能穩(wěn)定地取向排列在界面上發(fā)揮作用。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,71,親水親油平衡值(HLB),所謂親水親油平衡值(HLB)是作為選用表面活性劑時的一種經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，它反映了表面活性劑中親水基與疏水基相互作用而表現(xiàn)出來的一種宏觀整體性質(zhì)。HLB值越大，表明該表面活性劑親水性越大。各種常用的表面活性劑的H

30、LB值可以從手冊中查到。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,72,偶聯(lián)劑,偶聯(lián)劑在填充體系中使用量最多，由于大多數(shù)偶聯(lián)劑對填料表面處理時都能產(chǎn)生化學(xué)作用，因此其處理效果非常好。偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也是分子中含有兩類不同性質(zhì)的化學(xué)基團(tuán)，一是親無機(jī)基團(tuán)，另一是親有機(jī)基團(tuán)。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,73,偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu),其分子結(jié)構(gòu)可用下式表示： (RO)x－M －Ay式中：RO 代表易進(jìn)行水解或交換反應(yīng)的短鏈

31、烷氧基。M 代表中心原子，可以是硅、鈦、鋁、硼等。A 代表與中心原子結(jié)合穩(wěn)定的較長鏈親有機(jī)基團(tuán)，如酯?；?、長鏈烷氧基、磷酸酯酰基等。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,74,偶聯(lián)劑對填料的作用機(jī)理,用偶聯(lián)劑對填料表面進(jìn)行處理時，其兩類基團(tuán)分別通過化學(xué)反應(yīng)或物理化學(xué)作用，一端與填料表面結(jié)合，另一端與高分子樹脂纏結(jié)或反應(yīng)，藉此使表面性質(zhì)相差很大的無機(jī)填料與高分子兩相較好地相容。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,75,偶聯(lián)劑的種類,在實(shí)

32、際生產(chǎn)當(dāng)中經(jīng)常使用的偶聯(lián)劑，按其中心原子的不同，主要有：硅烷偶聯(lián)劑鈦酸酯偶聯(lián)劑鋁酸酯偶聯(lián)劑,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,76,硅烷偶聯(lián)劑,硅烷偶聯(lián)劑之所以這樣稱呼，是因?yàn)槠渲行脑邮枪?Si)。其分子基本結(jié)構(gòu)如下： R－Si－X3式中： R為疏水基，如乙烯基、環(huán)氧基、氨基、甲基丙烯酸酯、硫酸基等。X是能水解的親無機(jī)基團(tuán)，如烷氧基，如甲氧基、乙氧基及氯等。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,77,適宜聚

33、乙烯的偶聯(lián)劑,對于聚乙烯來說，疏水基為過氧基或二疊氮基的硅烷偶聯(lián)劑比較適用。因?yàn)檫@兩種基團(tuán)可以與聚乙烯發(fā)生化學(xué)或物理化學(xué)反應(yīng)。例如，用偶聯(lián)劑(S-3046，磺酰疊氮硅烷)在填充聚乙烯(聚乙烯填充云母)，其拉伸強(qiáng)度，拉伸模量、彎曲強(qiáng)度都得到了很大的提高，但缺口沖擊強(qiáng)度只有很小的下降。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,78,硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用,多數(shù)硅烷偶聯(lián)劑由于結(jié)構(gòu)中的反應(yīng)性基團(tuán)多，與填料表面的反應(yīng)點(diǎn)多，而另一端的有機(jī)疏水基含碳原子數(shù)少、鏈

34、短，因此在熱塑性塑料為基體樹脂的填充塑料中，使用硅烷偶聯(lián)劑往往對填充體系的加工流動性能帶來不利影響，加之價格與其它種偶聯(lián)劑相比要昂貴的多，因此硅烷偶聯(lián)劑在聚乙烯中用量不多，而主要應(yīng)用在環(huán)氧或不飽和聚酯等熱固性塑料中，而且以處理玻璃纖維為主要用途。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,79,鈦酸酯偶聯(lián)劑,鈦酸酯偶聯(lián)劑是在聚乙烯填充體系中經(jīng)常使用的一種偶聯(lián)劑。鈦酸酯偶聯(lián)劑可用來處理各種無機(jī)填料，如碳酸鈣、滑石粉、硫酸鋇及氫氧化鋁等。經(jīng)過鈦酸酯

35、偶聯(lián)劑處理的填料填充到聚乙烯中，可以有效地改善填充體系加工流動性和提高物理力學(xué)性能的效果。由于使用填料的化學(xué)成分不同，因此在不同填料填充聚乙烯時應(yīng)選擇不同的鈦酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理才能達(dá)到最佳效果。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,80,鈦酸酯偶聯(lián)劑,鈦酸酯偶聯(lián)劑的中心原子為鈦(Ti)，親無機(jī)部分是易水解的短鏈烷氧基或?qū)λ幸欢ǚ€(wěn)定性的螯合基，可與填料表面的單分子層結(jié)合水或羥基的質(zhì)子(H+)作用而結(jié)合于無機(jī)填料表面。而鈦酸酯的親有機(jī)部

36、分，比較復(fù)雜，包括很多基團(tuán)如，酰氧基、烷氧基、烷基、雙鍵、氨基、環(huán)氧等等。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,81,鈦酸酯偶聯(lián)劑的分類,根據(jù)鈦酸酯偶聯(lián)劑結(jié)構(gòu)的不同，可以把鈦酸酯偶聯(lián)劑分成許多種，但在聚乙烯加工中應(yīng)用的主要有以下三大類。單烷氧型單烷氧基焦磷酯基型螯合型,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,82,單烷氧型,單烷氧型，即分子中的親無機(jī)基團(tuán)只有一個易水解的短鏈烷氧基，因此適用于表面不含游離水而只含單分子層吸附水或表面有羥基、羧基

37、的無機(jī)填料：碳酸鈣、氫氧化鋁、氧化鋅、三氧化二銻等。目前這一類型的偶聯(lián)劑用的最多的是(TTS)，即三異硬脂酰氧鈦酸異丙酯。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,83,單烷氧基焦磷酯基型,a. 單烷氧基焦磷酯基型，即分子中的親無機(jī)基團(tuán)是一個易水解的短鏈烷氧基，而親有機(jī)基團(tuán)為焦磷酯基。這一類偶聯(lián)劑適用于含水量較高的無機(jī)填料，如高嶺土、滑石粉、氫氧化鋁、氫氧化鎂等，用這類鈦酸酯偶聯(lián)劑處理填料時，除短鏈的單烷氧基與填料表面的羥基、羧基反應(yīng)外，游

38、離水會使部分焦磷酸酯水解成磷酸酯。這類型的主要代表品種為(TTOPP-38S)，即三(二辛基焦磷酰氧基)鈦酸異丙酯。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,84,螯合型,這種類型的偶聯(lián)劑分子結(jié)構(gòu)中的親無機(jī)基團(tuán)是對水有一定穩(wěn)定性的螯合基團(tuán)，因此可用于處理高溫度填料，如沉淀白炭黑、陶土、滑石粉、硅鋁酸鹽等，主要代表品種有螯合100型和螯合200型，其螯合基分別為氧化乙酰氧基和二氧乙撐基。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,85,鈦酸酯偶聯(lián)劑應(yīng)用實(shí)例

39、,用鈦酸酯偶聯(lián)劑對填料進(jìn)行處理可以得到較好的效果，如用單烷氧基型鈦酸酯偶聯(lián)劑異丙基三(十二烷基磺?；?鈦酸酯(國內(nèi)商品名稱OL-T951，美國Kenric公司型號為TTBS-95)分別處理碳酸鈣和滑石粉，經(jīng)處理的填料與HDPE以20：80比例混合后，其填充體系的平衡扭矩分別比未經(jīng)處理填料的填充體系的平衡扭矩下降29%和31%(HDPE型號為2200J，偶聯(lián)劑用量為填料量的0.5%)。同一試驗(yàn)結(jié)果還表明填充HDPE體系的拉伸強(qiáng)度、彎曲彈性

40、模量，經(jīng)偶聯(lián)處理的填充體系均高于未經(jīng)處理的填充體系。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,86,鋁酸酯偶聯(lián)劑,鋁酸酯偶聯(lián)劑是近二十年來才發(fā)展起來的一種用途廣泛的偶聯(lián)劑，它具有：無機(jī)填料表面反應(yīng)活性大色淺無毒味小熱分解溫度較高適用范圍廣(可以處理大多數(shù)無機(jī)填料、無機(jī)顏料和無機(jī)阻燃劑)使用時無須稀釋以及便于運(yùn)輸和使用方便,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,87,鋁酸酯偶聯(lián)劑處理填料表面的機(jī)理,鋁酸酯偶聯(lián)劑對填料表面進(jìn)行處理，是由于鋁

41、酸酯偶聯(lián)劑能與填料表面發(fā)生反應(yīng)，生成單分子層。例如，經(jīng)過鋁酸酯處理的碳酸鈣表面的羥基消失，而且反應(yīng)生成了微量液體，經(jīng)證明是鋁酸酯偶聯(lián)劑與碳酸鈣表面發(fā)生反應(yīng)生成的丙醇。用這種處理過的碳酸鈣填充到HDPE中，比未經(jīng)處理的碳酸鈣填充到HDPE中，加工流動性好，制品表面光亮，斷裂伸長率及抗沖擊性能提高。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,88,鋁酸酯偶聯(lián)劑應(yīng)用效果,經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)劑處理的各種改性填料，其表面因化學(xué)或物理化學(xué)作用生成一有機(jī)長鏈分子層

42、，因而親水性變成親有機(jī)性。對照實(shí)驗(yàn)表面：經(jīng)過鋁酸酯偶聯(lián)劑處理的填料吸水率下降、顆粒度變小、吸油量減少，因此用于聚乙烯等的復(fù)合制品，可改善加工性能、增加填料用量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗和生產(chǎn)成本，因而有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,89,鋁酸酯偶聯(lián)劑處理的聚乙烯,經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)劑處理的聚乙烯填充體系，其原有表面性質(zhì)發(fā)生變化，而具有所希望的新的性質(zhì)：如疏水性、熱穩(wěn)定性、抗靜電性,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,90,鋁

43、酸酯起到的作用之一降粘作用,降低填充體系的粘度，改善加工性能。鋁酸酯偶聯(lián)劑對聚乙烯填充體系有明顯的降粘作用，其效果與相應(yīng)的鈦酸酯偶聯(lián)劑一樣優(yōu)異。雖然不同品種的鋁酸酯偶聯(lián)劑的降粘效果有差異，同一品種的鋁酸酯偶聯(lián)劑對不同填料體系的降粘效果雖然不一樣，但對各種無機(jī)填料、顏料都有較好的降粘效果。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,91,鋁酸酯起到的作用之一降粘作用,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,92,鋁酸酯起到的作用之二增加填料的加入量,

44、和鈦酸酯偶聯(lián)劑一樣，經(jīng)鋁酸酯處理的無機(jī)填料在聚乙烯中的填充量可大幅度提高，盡管不同品種偶聯(lián)劑對提高幅度的影響有所不同，但均顯著高于未處理或僅表面涂覆處理的相應(yīng)的填料填充量(指達(dá)到同樣體系粘度時)。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,93,鋁酸酯偶聯(lián)劑使用量,一般為填充體系中所用填料質(zhì)量的0.3～1.0%。對于注射或擠出聚乙烯硬制品，用填料量的1.0%左右。其它工藝的制品、軟制品及發(fā)泡制品，用填料量的0.3—0.5%。高比表面的填料，

45、如氫氧化鋁、氫氧化鎂、白炭黑可用1.0%--1.3%。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,94,鋁酸酯偶聯(lián)劑的加入方法,對于聚氯乙烯，經(jīng)過鋁酸酯偶聯(lián)劑表面處理的填料用法和普通填料一樣，可以直接應(yīng)用。對于聚乙烯粒狀樹脂與填料的填充體系，最好先制成相應(yīng)的母料。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,95,其他表面處理劑,除了上述幾種填料的表面處理劑以外，近年來人們又用有機(jī)高分子處理填料表面，尤其是塑料合金中的相容劑以及高分子超分散劑的研究和應(yīng)用給

46、填料表面處理注入了新的活力?？捎米魈盍媳砻嫣幚韯┑母叻肿游镔|(zhì)有很多類型，如液態(tài)或低熔點(diǎn)的低聚物或高聚物、液態(tài)或低熔點(diǎn)的線型縮合預(yù)聚物、帶有極性基接枝鏈(點(diǎn))或嵌段鏈的高分子增容劑、聚合物溶液或乳液等等,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,96,無機(jī)表面處理劑,另外，應(yīng)用無機(jī)物對填料表面進(jìn)行處理，一般是為了獲得特殊的效果和功能。無機(jī)處理劑實(shí)際上早已用于云母和各種顏料的表面處理，如二氧化鈦、氧化鐵等氧化物包覆在云母片的外層，可以制得珠光顏料，這

47、種珠光顏料混到聚乙烯中制得的制品具有珠光效果。鈦白粉也往往須經(jīng)鋁鹽、硅酸鹽或其它無機(jī)鹽溶液處理后形成一層致密的包覆膜而具有更高的保光性、耐候性、著色力和遮蓋力等性能。,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,97,木粉和淀粉的表面處理,有機(jī)填料：木粉淀粉等處理中有時也采用表面活化劑,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,98,填充改性的實(shí)例,PP填充改性PVC填充改性,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,99,填料對PP撓曲強(qiáng)度的影響,滑石粉碳

48、酸鈣,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,100,填料對PP屈服強(qiáng)度的影響,滑石粉碳酸鈣,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,101,填料對PP撓曲模量的影響,滑石粉碳酸鈣,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,102,填料對PP物理性能的影響,滑石粉碳酸鈣,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,103,填料對PVC撓曲強(qiáng)度的影響,滑石粉碳酸鈣,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,104,填料對PVC抗張強(qiáng)度的影響,滑石粉碳酸鈣,3.母粒制作工藝,無

49、機(jī)物填料表面活化填料：100 PHR偶聯(lián)劑：0.3-1.0 PHR石蠟：0.5-1.0 PHR分散劑：5-10PHR載體樹脂：15-30PHR,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,105,工藝：1.攪拌混合干燥到80度以上，排水汽2.加入偶聯(lián)劑3.補(bǔ)加石蠟5.加入分散劑6.加入載體樹脂7.出料,母粒生產(chǎn)裝備,單螺桿擠出造粒雙螺桿擠出造粒密煉-擠出造粒多螺桿擠出造粒Bush單螺桿-單螺桿雙階擠出造粒,北京化工大學(xué)

50、材料科學(xué)與工程學(xué)院,106,雙螺桿擠出機(jī),造粒工藝,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,107,雙螺桿-單螺桿雙階擠出造粒,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,108,密煉-擠出造粒設(shè)備,昆山科信生產(chǎn)設(shè)備,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,109,密煉-雙階擠出-磨面切粒,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,110,,,北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,111,多螺桿擠出機(jī)Multi Screw Extrder,雙階擠出機(jī),雙階擠出機(jī),北京化工大學(xué)材