偶聯(lián)劑的應用發(fā)展及PVC改性體系中無機填充劑介紹

偶聯(lián)劑的應用發(fā)展及PVC改性體系中無PVC因具有阻燃性、電絕緣性、耐磨損、價格低廉等性能而得到了廣泛的應用，但是由于其結(jié)構(gòu)上的缺陷，造成了PVC制品熱變形溫度低、缺口沖擊敏感及加工困難等，使其應用受到較大的限制。剛性和韌性是兩個重要性能指標，如何保證塑料制品兼有良好的剛性和韌性，是長期以來材料科學研究的重要課題之一。填充改性是塑料改性的重要手段之一，在PVC中加入各種填料（碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、云母以及纖維等）可以降低成本，提高材料剛性、硬度、耐熱性，提高制品的尺寸穩(wěn)定性和耐蠕變等，還可以賦予材料特殊的功能。但PVC與填料極性差異大，相容性不好，填料在樹脂中不易均勻分散，界面粘結(jié)力低，使材料的拉伸強度、沖擊強度、斷裂伸長率不但不能提高，反而會降低。20世紀80年代以來，無機剛性粒子增韌理論和界面誘導理論的出現(xiàn)和發(fā)展，改變了只有添加彈性體才能提高材料韌性的傳統(tǒng)觀念。一、填充劑聚合物/無機納米粒子復合材料的制備方法包括插層法、原位聚合法、溶膠凝膠法、共混法等。用插層法制備有機/無機納米復合材料是近10年來材料科學領(lǐng)域研究的熱點，具有重要的理論意義。1.1膨潤土丁臘橡膠（NBR）具有與PVC相近的溶解度參數(shù)和極性而常被用作PVC的增韌改性劑。但是傳統(tǒng)的橡膠增韌普遍存在“增韌不增強”的缺點，即在提高韌性的同時，材料的拉伸強度、模量和耐熱性能等明顯下降。濟長江等采用適當?shù)挠袡C物對膨潤土進行插層改性，再通過NBR乳液插層法制備了NBR/有機改性膨潤土復合材料，研究了復合材料的結(jié)構(gòu)、物理性能及其對PVC的增韌作用。1.2白泥陳中華等通過多步交換反應及擴散一聚合的方法，使聚丙烯酸丁酯被嵌入到改性層狀結(jié)構(gòu)的白泥層間，得到白泥一聚丙烯酸丁酯納米復合物的微米級粒子；然后將PVC與白泥一聚丙烯酸丁酯進行熔融共混，制得具有一定特性的有機/無機納米復合材料；并對復合材料的缺口沖擊強度及動態(tài)力學性能進行了研究。結(jié)果表明：白泥一聚丙烯酸丁酯含量為5.0%（質(zhì)量分數(shù),下同）時，復合材料的力學性能最佳；PVC與高含量的白泥一聚丙烯酸丁酯（分別為25.0%和50.0%）形成的復合材料，在PVC的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之前，儲能模量出現(xiàn)先降低后增加的過程.1.3碳酸鈣觸變性是一種重要的工藝參數(shù)和性能指標，觸變性起源于分散體系內(nèi)粒子間的相互作用而形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，陳飛躍等采用時間掃描、剪切速率掃描、頻率掃描、剪切速率階梯變化等方法，對觸變性PVC的剪切依賴性、時間依賴性、粘彈性、屈服特性等進行了比較全面的表征，并研究了超細碳酸鈣的表面改性對提高觸變性能的影響。武德珍等詳細研究了PVC、CPE和納米CaCO3三元復合體系的加工工藝和組成變化與力學性能之間的關(guān)系。研究表明：如果先將CPE等彈性體和納米CaCO3制成母粒，然后再與PVC進行混合，有利于納米粒子在基體中的分散。在復合體系中，納米CaCO3和CPE達到了協(xié)同增韌PVC的作用，同時納米CaCO3具有補強作用，當母粒的組成為CPE：納米CaCO3=1：2時，對PVC改性效果最佳。裘擇明等研究了超細CaCO3對PVC/ABS二元體系的增韌改性。研究發(fā)現(xiàn)：在CaCO3用量為15份時，體系的韌性最好，較PVC/ABS二元體系提高2?3倍，且共混溫度對體系的力學性能有明顯的影響，溫度為175°C時，其力學性能最佳。1.4蒙脫土萬超瑛等選用有機蒙脫土（OMMT）與PVC進行熔融共混，制備了PVC/OMMT復合材料。研究發(fā)現(xiàn)：在0?1份OMMT用量的范圍內(nèi)，PVC復合材料的拉伸強度隨OMMT用量的增加而增大°Blendex和OMMT能夠協(xié)同增韌PVC基體，少量OMMT能夠同時增強增韌PVC/Biendex復合材料，OMMT進一步增強了Blendex的增韌改性能力。1.5霞石霞石又稱霞石正長巖，其主要成分是硅鋁酸鉀鈉，在歐美各國及日本，霞石被廣泛應用于塑料工業(yè)和涂料工業(yè)，以改善塑料和涂料的耐磨性、光學性和物理力學性能。李瑞海等研究了霞石作為填充改性材料的熱穩(wěn)定性，并研究了霞石填充PVC材料的物理力學性能。結(jié)果表明：霞石在大多數(shù)塑料的加工溫度范圍內(nèi)具有良好熱穩(wěn)定性。PVC/霞石復合材料具有均衡的物理力學性能，其拉伸強度低于PVC的沖擊性能，表面硬度高于PVC。1.6滑石用滑石填充塑料，可提高制品的剛性，改善其尺寸穩(wěn)定性，防止其高溫蠕變，并使其具有潤滑性，還可減少對成型機械和模具的磨損。因滑石的折光指數(shù)（1.577）與PVC相近，故可用于半透明PVC制品。趙勁松在PVC懸浮聚合過程中加入適當細度的滑石20?30份（以PVC為基準），其拉伸強度和沖擊強度均比常規(guī)填充（塑料加工時加入滑石）的硬質(zhì)PVC材料要高，這是難能可貴的，具有極大的適用價值°PVC/Elvaloy741/Taic和PVC/Elvaloy741/NR/Talc兩種體系均具有良好的沖擊性能，當滑石填充量很高時，仍能保持良好的沖擊性能及良好的加工性能。1.7高嶺土高嶺土可以改善材料的絕緣性，經(jīng)表面處理劑處理后加入到NBR/PVC中，所得復合材料的拉伸強度20.5MPa，斷裂伸長率380%，力學性能優(yōu)良；30%熱失重高達445C，熱穩(wěn)定性好。鄔潤德等還用紅外光譜分析指出高嶺土用表面處理劑處理后，高嶺土表面易與NBR、PVC大分子材料產(chǎn)生有機的結(jié)合，增加了多相體系的相容性,三者有好的逾滲作用，是該熱塑性彈性體有優(yōu)良力學性能和耐熱改性的根本原因。在選擇三元共聚尼龍(PA)、PVC、NBR為主體材料，制備PA/PVC/NBR(10/30/60)三元共混彈性體的基礎(chǔ)上，張軍等進一步探討了填料品種和用量、共混溫度、加料順序等因素對PA/PVC/NBR三元共混彈性體的影響。試驗結(jié)果表明：在PA/PVC/NBR(10/30/60)共混體系中，補強型填料的補強效果優(yōu)于非補強型的填料,6種填料補強效果依次是:快壓出炭黑〉半補強炭黑>白炭黑>活性重質(zhì)CaCO3>陶土〉滑石粉，快壓出炭黑的適宜用量是20?50份。1.8赤泥赤泥(RM)為煉鋁廠排放的廢物,將它與PVC混合而成為一種新型復合材料。利用偶聯(lián)劑改性PVC/RM管材作了一些探討,不同偶聯(lián)劑對PVC/RM性能的影響，RM經(jīng)幾種偶聯(lián)劑處理后，PVC/RM的拉伸強度比原來稍增加或減小，而沖擊強度都有不同程度的提高。二、偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑主要用于無機填料的表面處理，也稱表面處理劑常用的偶聯(lián)劑有硅烷類、鈦酸酯類、鋁酸酯類、鋁-鈦復合酯類、硼酸酯類和鋯類偶聯(lián)劑等，其分子結(jié)構(gòu)特點是兩類不同性質(zhì)的化學基團共存于同一分子中，如下式所示/r/