[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,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，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軟化點低，包覆填料效果較好，但制品的強度較低;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度、拉伸強度（在~5%以下有增強作用，隨著填充量增加，沖擊強度均下降）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)。拉伸強度上升，伸長率下降。2.填料表面與樹脂產(chǎn)生強烈的物理粘附（范德華引力），塑料強度增

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)備研磨機混合機雙螺桿擠出機,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)劑有機高分子無機物,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，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點和濁點；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,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，稱為KP點。KP點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(CP),與離子型表面活性劑不同，非離子型表面活性劑的KP點很低，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(CP)。在濁點以下，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。,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點和濁點(CP),表面活性劑的KP點和濁點(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)，一是親無機基團(tuán)，另一是親有機基團(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)定的較長鏈親有機基團(tuán)，如酯?；㈤L鏈烷氧基、磷酸酯?；?。,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

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，是因為其中心原子是硅(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。因為這兩種基團(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)，其拉伸強度，拉伸模量、彎曲強度都得到了很大的提高，但缺口沖擊強度只有很小的下降。,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)點多，而另一端的有機疏水基含碳原子數(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)合于無機填料表面。而鈦酸酯的親有機部

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，即分子中的親無機基團(tuán)是一個易水解的短鏈烷氧基，而親有機基團(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%)。同一試驗結(jié)果還表明填充HDPE體系的拉伸強度、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)無機填料、無機顏料和無機阻燃劑)使用時無須稀釋以及便于運輸和使用方便,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)作用生成一有機長鏈分子層

42、，因而親水性變成親有機性。對照實驗表面：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)或低熔點的低聚物或高聚物、液態(tài)或低熔點的線型縮合預(yù)聚物、帶有極性基接枝鏈(點)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,無機表面處理劑,另外，應(yīng)用無機物對填料表面進(jìn)行處理，一般是為了獲得特殊的效果和功能。無機處理劑實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抗張強度的影響,滑石粉碳酸鈣,3.母粒制作工藝,無

49、機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,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Multi Screw Extrder,雙階擠出機,雙階擠出機,北京化工大學(xué)材