陳秀宇+林謙+余美瓊+陳國奮+林淵智

摘 要：采用硬脂酸表面活性劑和硅烷偶聯(lián)劑對天然云母進行表面包覆改性后制備出PP/包覆天然云母復合材料，并對云母包覆影響因素和材料的增韌性能進行研究。實驗結(jié)果表明：以硅烷偶聯(lián)劑改性云母制備的PP/云母復合材料的性能較好，增韌的最佳工藝條件為：云母用量為20%，硅烷偶聯(lián)劑用量1.2%（均以云母質(zhì)量計），云母改性時間30min。

關鍵詞：聚丙烯;云母粉;包覆;增韌

中圖分類號： Q178.53 ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）33-190-2

0 ?引言

聚丙烯（PP）的填充改性可在降低成本的基礎上，實現(xiàn)對材料力學性能的改善，擴展聚丙烯的應用范圍。近年來，層狀填料云母由于其獨特的平面增強效應，受到了越來越多的關注和青睞[1-2]。云母填充改性PP塑料正在向金屬材料及較昂貴的工程塑料挑戰(zhàn)，云母作為理想的增容、增強、多功能PP填料，得到人們的普遍關注[3]。云母與聚丙烯的極性差異較大，其分散效果和界面結(jié)合不夠好，往往導致所制

得的復合材料性能較差，所以要對云母表面進行預處理并且對其表面進行改性。目前普遍采用偶聯(lián)劑對云母進行表面改性來降低云母表面極性，改善其與聚丙烯之間的親合力[4-5]。

本文采用不同改性劑對云母表面改性，用FTIR和活化指數(shù)兩種方法來表征和評價，通過單因素實驗優(yōu)化改性工藝條件，以期制備出具有良好性能的優(yōu)質(zhì)云母粉填充PP制備復合材料。

1 ?實驗試劑

云母粉，福州坤彩有限公司;硅烷偶聯(lián)劑（KH-560），南京聯(lián)硅化工有限公司;聚丙烯（PP）樹脂，中國石化海南煉油化工有限公司;無水乙醇、無水碳酸鈉、鹽酸、硬脂酸等均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

2 ?實驗儀器

SHJ-36型雙螺桿擠出造粒機：中國南京聚力化工機械有限公司;YCT160-4A型冷切粒機：泰州市華泰調(diào)速電機廠;MH-35T型塑料注塑成型機：東莞市銘輝塑膠機械有限公司;HMT500型高速混合機：蘇州科晟泰機械設備有限公司;PC180型塑料破碎機：中國南京聚力化工機械有限公司，Nicolet380型傅立葉紅外光譜儀：美國尼高力公司;XJ-50D型復合沖擊試驗機：承德建德檢測儀器有限公司;KTZ400型熔融指數(shù)儀：蘇州科晟泰機械設備有限公司。

3 ?云母的表面改性

3.1 云母微粉的預處理

由于云母表面摻雜著許多的金屬雜質(zhì)，因此必須對其表面進行預處理實驗。處理方法：用10%的碳酸鈉溶液以1：10的固液比（g/mL）加至4000mL量杯中清洗20min后抽濾，抽濾后用5%的鹽酸溶液以1：10的固液比（g/mL）清洗20 min，抽濾，將處理后的云母在300℃烘箱烘干24h成微粉狀，研磨過100目標準篩備用。

3.2 硬脂酸對云母微粉的表面改性

取烘干云母微粉，加入高速混合機中，用電動攪拌機進行攪拌，同時進行油浴加熱，當粉體溫度升至90～100℃時加入一定量經(jīng)無水乙醉溶解的硬脂酸表面活性劑（硬脂酸：無水乙醇體積為1：2），保持溫度，再進行一定時間的高速攪拌，從而獲得改性云母微粉。

3.3 硅烷偶聯(lián)劑對云母微粉的表面改性

取烘干云母微粉加入高速捏合機中高速攪拌，同時進行油浴加熱， 當粉體溫度升至70～80℃時加入一定量經(jīng)稀釋后氨水， 繼續(xù)高速攪拌， 并加熱。當粉體溫度升至120～125℃時加入一定量經(jīng)乙醇稀釋的硅烷偶聯(lián)劑，保持溫度，再進行一定時間的高速攪拌， 從而獲得硅烷改性云母微粉。

4 ?表面改性的活化指數(shù)H

活化指數(shù)H=上浮物的質(zhì)量/（上浮物的質(zhì)量+下沉物的質(zhì)量）。

H值在0～1之間進行變化，可反映出粉體表面活化程度的大小，即反映粉體改性優(yōu)劣的情況。活化指數(shù)值越大，說明粉體表面疏水性越強，改性效果越好[12]。

5 ?復合材料的制備

將干燥的改性云母微粉與二甲基硅油和PP樹脂根據(jù)不同的配方在高速混合機中混合8～10min，再用造粒機熔融共混勻速地擠出拉條，經(jīng)冷卻后用冷切粒機進行切粒，粒料經(jīng)過吹干干燥后用注射成型機注射成帶有V型缺口的標準樣條，進行沖擊性能測試。

6 ?結(jié)果與討論

6.1 云母的紅外光譜分析

將云母原樣和改性后云母進行紅外表征。白云母有3636cm-1的OH振動峰，1200cm-1～900cm-1和800cm-1～600cm-1范圍內(nèi)的Si（Al）—O振動、550cm-1～400cm-1范圍的Si（Al）的特征吸收峰。改性后3438cm-1有所增強，硅烷KH-560改性后粉體在云母在2921cm-1和2842cm-1左右的峰有所增強，從紅外光譜圖看，改性云母表面的偶聯(lián)劑，讓其表面的分散性得到很好的改善，從光譜圖上可以看出未發(fā)現(xiàn)有新化學鍵結(jié)合的峰，因此，改性后的云母主要以表面物理包覆的作用。

6.2 云母的改性

在云母微粉表面選擇不同種類的改性劑進行改性，以便探究云母微粉的改性效果。本實驗選用了硬脂酸和硅烷偶聯(lián)劑來改性云母，分別對其用量和改性時間進行比較，測出改性后的活化指數(shù)。

為確定硬脂酸改性云母微粉的最佳用量，對硬脂酸用量（以云母質(zhì)量計）做單因素實驗，其它工藝條件不變。試驗用100目云母，稱取一定量的云母，攪拌改性時間60 min，加入用硬脂酸改性劑改性的云母測定的活化指數(shù)。

硬脂酸表面活性劑不斷的增加，活化指數(shù)明顯呈現(xiàn)上升趨勢，硬脂酸表面活性劑的用量為1.0%～2.0%時上升趨勢最明顯，超過2.0%時趨于平緩，所以，從經(jīng)濟因素方面來看，選擇2.0%的硬脂酸為最佳用量。

利用以上單因素實驗選擇了最佳硬脂酸用量之后，考慮硬脂酸對云母改性時間的影響，硬脂酸用量為2.0%，其余工藝條件與上述工藝條件相同，硬脂酸改性云母時間對活化指數(shù)的影響，從圖3中可知：活化指數(shù)隨著改性時間增加而增大，但當時間超過60min之后，活化指數(shù)變化較小，從時間效益方面來看，選擇硬脂酸最優(yōu)改性時間為60min。

綜上所述，選擇硬脂酸表面活性劑的最佳改性用量為2.0%，選擇云母改性的最佳改性時間為60min。

7 ?結(jié)論

采用硬脂酸和硅烷兩種改性劑對云母進行表面包覆改性研究，利用熔融共混法制備PP/云母復合材料，探討其最優(yōu)的增韌工藝條件，結(jié)果如下：

①從原樣云母及改性云母的紅外光譜圖可以看出，硅烷偶聯(lián)劑KH560改性云母微粉沒有新化學鍵出現(xiàn)，是以物理包覆作用為主。

②兩種改性劑分別對云母微粉的改性效果作比較，得出硅烷偶聯(lián)劑的改性效果要比硬脂酸較佳。

③云母用量為20%時復合材料的缺口沖擊強度最高。當云母用量在20%～25%時復合材料熔融指數(shù)效果最優(yōu)。

④包覆改性的云母增韌填充PP制備的復合材料的最佳工藝條件為：云母用量為20%，硅烷偶聯(lián)劑用量1.2%（以云母質(zhì)量計），云母改性時間30min。

參 考 文 獻

[1] ?楊春萍，伍玉嬌，劉昌貴.聚丙烯/云母復合材料改性研究進展[J].現(xiàn)代塑料加工應用，2013，25（3）：57-59.

[2] Kaiz.H.S & Milewski.J.V. Handbook of Fillers and Reinforeemends for Piastics.New York.1978.

[3] 吳唯，錢琦，周高仁.PP/云母復合材料的增容效果及其界面結(jié)構[J].塑料工業(yè)，2000，28（6）：13-18.

[4] 胡圣飛，彭少賢，郭文迅，等.PP/云母復合材料力學性能研究[J].塑料科技，2000（2）：13-18.

[5] 卜俊芬.白云母-硅灰石及POE增強增韌PP復合材料性能的研究[D].2008.11.

[6] 中華人民共和國國家標準，GB/T1043.1—2008/ISO179：2000.代替GB/T 1043—1993.塑料簡支梁沖擊性能的測定[S].

[7] 中華人民共和國國家標準.GB/T 3628—2000.idt ISO 1133：1997.熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動速率和熔體體積流動速率的測定[S].

[8] 董金虎.共混方法及云母含量對PP/云母復合材料性能的影響[J].中國塑料，2012，25（3）：76-77.